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《单向应力状态下钢材高温分析的损伤模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第卷第期上海力学3425∃45!年∀月#几、∃%&∋()∗+,∃∋−∗./0122∋∃(1#)6们75!单向应力状态下钢材高温分析的损伤模’型曹文衔董宝沈祖炎8同济大学上海〔9为:,;<=>?7关于常温下金属材料延性损伤模型的分析提要本文结合结构钢材火灾高温分析的特点通过对址,,和修改提出一种适用于单向应力状态下钢材高温分析的损伤模型为进行钢框架在火灾高温作用下及火灾。冷却后的反应和损伤分析提供可能性关键词结构钢材,高温,单,损伤模型。向应力≅引言钢结构建筑在正常服役期内有可能遭受火灾作用,其结构反应分析可归结为热弹塑性。。,损伤问题〔
2、’〕解决这类问题的关键之一是建立合理的火灾高温分析的损伤模型然而迄今,,为止有关钢结构材料损伤及损伤模型的研究工作几乎都集中在疲劳和地震等常温情况1而对于火灾高温情形下的损伤分析模型尚未见研究成果本文将从忽略剪切应力的钢框架结构构件所处的单向应力状态入手,结合结构钢材火灾高温的特点,提出一种适用于单向应力状态下钢材高温分析的损伤模型,并就该模型的具。体应用进行简要讨论高温下钢材的损伤类型材料损伤的类型很多,甚至对于同样的材料在不同因素作用下也可能导致不同类型的,因此,首。,损伤先应确定所研究问题的损伤类型对于结构钢材火灾高温分析而言其破坏形式几乎都表现为
3、过大的塑性变形,因此可以认为延性损伤是火灾高温下钢材主要的损伤。。另外,蠕变类型延性损伤过程一般伴随着塑性大变形和能量耗散川损伤对于持续高温。不过,考虑到,作用下的钢材性能也有相当影响建筑物实际火灾的持时一般不会太长蠕变及其损伤对于结构材料的影响一般不很大,同时考虑到蠕变问题的复杂性,在本文研究工作,,。中暂不单独考虑蠕变损伤的影响而认为其影响已经隐含在延性损伤中〔’Α本文工作只涉及钢材的延性1损伤本Β文收到日期Χ年Δ月Ε日Β国家基础研究和应用基础研究重大项目重大土木及水利工程安全性与耐久性的基础研究课题资助曹文衔等Β单向应力状态下钢材高温分析的损伤模
4、型高温下钢材的延性损伤模型5对2忍;画概金属材料延性损伤模型的回顾。一,在材料层次上的延性损伤模型主要来自损伤力学的研究成果般而言材料的损伤、。,玩姗Β模型可以应力应变或应力与应变相结合的形式来表达但是=>?7通过分析后指出闭。,用应力形式表示的延性损伤模型很难应用于大应变范围因为在此范围内材料可能已接,。,,近塑性破坏而应力却变化不大故此文献〔ΕΑ建议用应变形式来建立金属材料的延性损。,玩Β对于比例加载情形在单向应力状态下一般金伤模型更为适宜Φ比通过实验还表明属材,料8包括钢材:损伤9对于累积塑性应变扩具有线性关系即有Γ了Η,护、一一丛82:,。、、、
5、式中9。1端分别为一维拉伸破坏时的临界损伤值8表现为弹性模量的折减:破坏时的临界塑性应变。。值8即延伸率:和损伤开始时的塑性应变门槛值它们均可由实验得出5对公式82:的分析和修改,,考虑到一般情况下ΙΙ。式8:可进一步改写为Β钢材的端二8:,,式8:与式82:相比最大误差产生于扩二ΕΚ的金端处根据文献〔〕对延伸率不超过ϑ∀属材料的试验,。研究以及本文作者对ΛΔϑ钢的试验研究川上述最大误差大约在ϑΚ左右Β我们注意到玩;<=>?7的公式82:及由此得出的公式8:均是针对比例加载的单向应力状态得出的。对,,于钢框架结构8火灾:高温分析的问题而言一般认为火灾高温
6、作用全过程中,外力,。,荷载保持不变荷载不变实际上是比例加载的特例更进一步如果不计剪切变形,。、和剪切应力的影响则钢框架构件处于单向应力状态因此公式8:8:应用的条件得到5。、、满足Β公式82:的推导过程还涉及到材料的屈服应力特征系数初始弹但同时必须指出,,性模量闭在常温下这些指标或参数均被玩;<=>?7当作常数由实验加以确定而在变温条件,。下它们一般应与温度Μ因此在变温条件下应将式8Β有关:改写成。。Ν。、Β:令8Δ:七,,ΟΠ、‘月Θ正产,Ρ、式中98Β:。Β:和Β:分别为在某一温度Μ下一维拉伸破坏时材料的临界损伤值8表认找现为弹性模量的折减:、在温
7、度ΜΜ下破坏时材料的临界塑性应变值8即延伸率:和在温度。下材料已有的塑性应变9一般具有如下性质囚Β损伤变量,,。9任∗9Ν∗对应于无损状态Σ9二对2:「」应于材料抗力的完全丧失,,。:9应为单调递增函数即损伤向着增大的方向发展且损伤不可逆,。。值得指出的是玩;<=>?给出的9是通过损伤引起的弹性模量的下降来度量的闭例如果考虑剪切变形和剪切应力的影响,则钢框架构件处,于多向应力状态此时的损伤模型不仅与应变有关,还与应力的状态及其大小有关,。叫损伤模型变得复杂上海力学!年第卷,,,。如对于钢材他得出材料达到极限塑性应变时的弹性模量下降大约≅Κ因而9
8、即取为≅5左右。显然,他对于不同材料所得到的损伤最大值9。是不同的
