Z型Q345冷弯钢构件率相关本构模型下的动态冲击失稳研究

以Z型Q345薄壁冷弯钢构件为研究对象, 首先测试了试验钢在10-4~102s-1应变率内的材料力学属性, 并拟合得到了由Johnson-Cook本构模型表述的材料本构参数, 同时对拉伸断裂的试件断口做了微观形貌分析. 接着, 在落锤装置上对Z型冷弯钢构件做不同速度的轴向冲击试验, 研究构件受到冲击的动态失稳变形情况. 然后, 通过ABAQUS软件建立了可以反映锤头冲击构件过程的仿真模型, 考虑应变率效应和初始缺陷等因素, 分析了构件主要部位端部质点的位移和速度变化情况以及应力波传播效应的影响. 结果表明 薄壁冷弯钢构件受到外部冲击作用会产生动态屈曲, 随着冲击载荷增大, 发展为明显的塑性变形. 应力波的传播效应对动态屈曲模态的阶跃起着关键的作用.     

卷边角度对C型冷弯构件抗畸变屈曲性能的影响

应用有限条程序研究斜卷边的角度对轴压和纯弯作用下C型截面冷弯钢构件的畸变屈曲临界应力的影响.采用直接强度计算法分别得到各构件受畸变屈曲后的极限承载力,并与直卷边构件的计算结果进行对比.结果表明:受轴压和纯弯作用下,卷边与水平方向夹角在90°~120°之间时,构件的畸变屈曲极限承载力有不同程度的提升,在105°时构件的极限承载力提升最为明显.结果可供C型冷弯薄壁斜卷边槽钢工程设计参考.     

陶粒混凝土冲击损伤演化的三维数值模拟

为了研究陶粒混凝土在冲击载荷下的损伤演化规律, 利用蒙特卡洛随机数和背景网格建模方法, 建立了陶粒混凝土的三维数值模型, 模拟了冲击载荷下陶粒混凝土的损伤演化过程. 研究表明: 冲击载荷下陶粒混凝土的细观损伤演化速度随着陶粒体积分数的增加和加载脉冲的增加而增加. 细观数值模拟还显示了陶粒混凝土的破坏过程, 即损伤演化从陶粒骨料开始, 之后向砂浆基体延伸扩展.     

基于格点-弹簧模型模拟含缺陷陶瓷材料的压缩破坏过程

采用基于有限元参数映射的格点-弹簧模型(lattice spring model)对多晶三氧化二铝(Al2O3)陶瓷的压缩破坏过程进行了数值模拟. 采用弹脆性模型模拟材料, 用弱界面模拟材料晶界, 基于Griffith能量准则判断断裂. 模拟了特定孔隙率下的Al2O3陶瓷的冲击破坏过程, 所得到压缩强度与实验测试结果基本吻合. 考察了孔隙对材料压缩力学性能的影响, 结果显示: 有孔隙陶瓷表现出一定的应变率敏感性并且其裂纹密度时程曲线具有明显的“台阶”, 而无孔隙陶瓷没有此现象; 含孔隙陶瓷的裂纹密度发展过程中的“台阶”对应了内部裂纹的发展和止裂机制, 是有孔隙陶瓷和无孔隙陶瓷的重要区别.     

冷弯薄壁Z型钢构件卷边角度优化设计

为提高冷弯薄壁Z型钢构件的承载能力,对其卷边角度进行优化设计.以冷弯薄壁卷边Z型钢构件的卷边角度作为参数,其他截面尺寸不变,在冷弯卷边Z型钢柱轴心受压与钢梁受弯情况下,基于直接强度法,利用遗传算法寻找构件畸变屈曲承载力达到最大时的最佳卷边角度值.该方法不但能节省运算时间、避免出现盲目性,且可以找到最佳卷边角度的精确值.最后从承载力的变化趋势,同时考虑施工中存在的加工误差,得出具有不同高度腹板的试样所对应的最佳卷边角度值.在实际工程中建议卷边的设计角度选为100°.     

冷弯薄壁C和Z型钢组合框架低层住宅的承载能力比较

利用遗传算法和直接强度法(DSM)得到轴压下优化后的冷弯薄壁卷边C和Z型钢,取相同截面积时两者的最优尺寸相同.利用有线条(CUFSM)和DSM,验证了单根冷弯C和Z型钢的临界屈曲荷载和极限承载力基本对应相等.随后,基于有限元软件SAP2000对冷弯薄壁型钢单层住宅整体建模,将优化后尺寸相同的C和Z型钢应用于结构中,施加相同的荷载,发现两者整体结构的临界屈曲载荷不同,Z型钢房屋框架屈曲后承载能力更高;承载薄弱的风向角所对应的Z型钢房屋组合框架屋檐等薄弱区域所承受的轴力较C型钢房屋更小,因此认为在用钢量相同的前提下,低层房屋建设选择Z型截面更优.     

GCr15马氏体钢剪切试样断口局部熔融研究

本文采用开45?缺口剪切压缩试样, 比较研究GCr15马氏体钢在准静态压缩和高速冲击下样品断裂面的温升机制. 结果显示两种加载状态的断口上都发现了大量的局部熔融, 说明温升均超过1500℃. GCr15马氏体钢的塑性很低, 然而在剪切应力主导的试样上, 两种加载的剪切面均发生了很大塑性应变. 试样断裂瞬时所释放的能量以及裂纹面间的大滑移摩擦导致局部温升超过熔点. 分析结果表明, 两种加载模式下产生的熔融物均由残余奥氏体和孪晶马氏体组成. 受热的影响, 熔融物下面的基体组织经历了动态再结晶, 从而形成马氏体和奥氏体等轴晶. 因此,在剪应力主导的应力状态下, 马氏体钢的剪切断裂机理与加载速率无关, 高速冲击与准静态加载下的断裂模式和机理没有本质区别. 断裂瞬间产生局部温升促使材料熔融, 这是该材料剪切断裂的特性. 本文结论对GCr15马氏体钢剪切主导断裂机理的认识有重要意义.     

蜂窝材料在面内压缩下的动力坍塌(英文)

基于我们近年来的实验研究和数值模拟,主要概述了蜂窝材料受面内压缩时的准静态和动态坍塌行为.在准静态加载条件下,对圆胞蜂窝材料的方形试件施行了面内的双向等量压缩实验,观察到非均匀变形模式的发生和演化.为了研究加载速率的影响,对此过程也进行了有限元模拟,揭示了当加载速度增加到某一临界速度时,试件的变形由总体坍塌模式向渐进坍塌模式(即冲击波模式)转化.最后,将根据几种模型所作数值模拟得到的临界冲击速度同波的陷阱理论作了比较.     

冲击载荷下薄壁组合矩形梁响应特性研究

在落锤冲击下对薄壁组合矩形梁进行了实验及有限元分析,对薄壁组合矩形梁及薄壁单层矩形梁在落锤冲击下的力-位移、能量吸收特性进行了比较分析,并对薄壁组合矩形梁的变形屈曲特征、过程及不同冲击速度下的吸能情况进行了分析.结果表明：在相同横截面积及质量情况下,薄壁组合矩形梁较薄壁单层矩形梁具有更好的刚度及抗冲击能量吸收能力.     

不同落锤速度冲击下混凝土和RC梁破坏研究

为探究冲击载荷作用下钢筋混凝土(RC)梁的破坏模式转变及影响因素, 对素混凝土梁和无箍筋轻RC梁试样开展落锤冲击实验及有限元分析, 结果表明: (1) RC梁的冲击破坏模式与冲击速度、配筋率相关, 在较低速度下以弯曲破坏为主, 随速度提高将出现跨中呈现八字形的剪切破坏模式, 并随纵筋率增大剪切破坏转变的临界速度呈增大趋势, 但在更高速度下(＞10m?s-1), 素混凝土及RC梁均会出现局部冲切破坏. (2)梁冲击力峰值随冲击速度增加而增大, 受梁的配筋率影响较小, 但在较高冲击速度下(＞4.85m?s-1), 梁冲击力峰值并不随速度增加而增大; (3)有限元分析RC梁的冲击响应及破坏过程与实验现象及趋势符合较好.     

橡胶增韧高聚物的动态断裂

采用冲击改性的高聚物对材料的断裂能在近瑞利波速Cr时减小的断裂行为进行了研究.设计了基于条带几何形状的实验装置用以探索这些高聚物在快速裂纹传播(RCP)时的脆性行为.发现沿着橡胶增韧聚甲基丙烯酸甲酯(RT-PMMA)的整个试样,尽管有的出现裂纹分叉甚至裂纹俘获静止,其宏观裂纹速度几乎恒定.当材料行为趋于加速裂纹时,临近Cr时断裂能减少,而当由于分叉使力学惯性效应趋于限制裂纹传播速率时,宏观裂纹速度稳定在大约αmb=0.6 Cr,其是RT-PMMA的宏观裂纹分叉速度.因此,对这种材料在宏观裂纹分叉速度时,实验断裂表面能及断裂表面韧性没有单一值.实际上,其宏观断裂表面能值随着失稳形态数目或无效裂纹分叉而增加.     

导致混凝土和岩石断裂的脉冲载荷的阈值特性(英文)

定义了冲击阈值参数,给出了2μs短脉冲加载下混凝土和岩石裂缝扩展的实验结果,裂纹表面加载采用电爆炸方法实现.依据裂纹长度依赖于储能的关系,定义了给定脉冲宽度的载荷阈值.提出了采用此方法定义断裂有效表面能的理论可行性.     

双金属复合钢管界面及焊缝的微观结构

通过金相分析、微区成份分析、宏观和微观断口分析，主要研究钎焊层和焊缝区的微观结构及其对复合钢管工艺性能和使用性能的影响。研究结果表明，镍基钎焊层通过扩散形成界面，实现了完全的冶金结合。组成复合钢管的各层以及焊缝金属的力学性能相近，变形均匀，保证了复合钢管的可焊性和强韧性。铜钎焊复合钢管由于高温铜脆而引发焊接裂纹，且其钎焊层硬度明显高于基层和复层，导致层间剪切及沿界面发生分层脱离，固该铜基合金不宜做复合钢管钎焊料。     

梁在纯弯曲作用下的脆性断裂

脆性梁在纯弯曲断裂时会产生多个碎片, 其断裂过程直接影响弯曲波的产生和传播, 以及产生碎片的平均尺度. 采用内聚力断裂模型对脆性梁的弯曲断裂过程进行有限元数值模拟, 再现了断裂中的裂纹扩展过程, 分析了脆性梁断裂后断裂面弯矩与裂纹张开角之间的规律. 数值结果表明: (1)在一个广泛的材料参数和加载应变率条件下, 断裂面弯矩与裂纹张开角之间均呈相似的单调衰减规律; (2)断裂过程中弯矩做功与断裂面的表面能一致; (3)在纯弯矩作用下, 裂纹前端总是存在压应力区域, 使得断裂末期应力状态较为复杂, 断裂不再是纯弯曲状态.     

各种生产过程最优节能参数的存在性(英文)

研究表明,在诸多生产过程中可以优化输入的断裂能量,使加工能耗最小.以一个简单的中心断裂为例,当加截脉冲具有某种特定形态时,施加到样品上引发破裂的能量可以取一个显著的最小值.研究结果显示,优化各种与断裂有关的生产过程,使得能量消耗最小是可能的.这种优化的可能应用包括钻孔或岩石粉碎过程,此时能耗成本通常占生产成本的最大部分.上述方法可以预测钻孔或研磨机等的最优参数,从而大大降低生产成本.文章第二部分研究了接触作用条件下引发断裂的能量输入行为.考虑一个球型粒子冲击一个半空间靶的情形,接触导致的应力场可用赫兹解来估计.定义了断裂判据之后,即可确定引发断裂的球粒临界速度及相应的临界动能.该动能的大小依赖于加载的持续时间,并十分明显地存在一个最小值.据此可断定,存在一个动态冲击的能量最优模式.     

冲击载荷下剪切断裂研究

利用Hopkinson压杆技术对单边平行双裂纹试样倒向加载，在较大的加载率范围，对Ti6Al4V钛合金和40CrNiMoA两种材料的动态剪切断裂行为进行了研究．实验结果表明：存在两类韧性剪切断裂模式，即常规的韧性剪切型断裂和绝热剪切断裂．常规剪切型断裂模式的断裂韧性KⅡd随加载率的提高而增大，而绝热剪切型的断裂韧性KⅡd则随加载率的提高而减小，并且，当加载率增大至某一临界值时，常规的韧性剪切断裂模式将转变为绝热剪切断裂破坏模式．     

Q690D和Q460D钢板对接焊缝的疲劳寿命计算

采用新近提出的统一计及疲劳裂纹形成寿命和稳定扩展寿命的结构钢疲劳寿命计算模型,对Q690D和Q460D钢板对接焊缝疲劳试验进行疲劳寿命计算.假设高强钢板对接焊缝的疲劳裂纹起裂于对接焊缝边缘,沿板宽扩展且穿透板厚,可将高强钢板对接焊缝疲劳断裂面积A分为疲劳裂纹稳定扩展面积Af和失稳扩展面积An(即名义最大应力作用下的净截...