薄壁不锈钢梁畸变失稳性能研究

发布时间：2019-07-13 20:22

【摘要】：不锈钢结构具有防腐美观、绿色环保、耐高温、高韧性等优点,其应用前景十分广阔。薄壁不锈钢构件比强度高、冷作程度高,这与不锈钢较高材料造价、应力强化明显的特点相适应,故其在不锈钢构件中的应用较为广泛。不锈钢具有非线性应力应变关系,而开口截面薄壁不锈钢构件易发展局部、畸变等截面失稳,因而该类构件具有复杂的非线性失稳行为。目前国内外针对此类构件的相关规范和研究尚未完善。本文即针对开口截面薄壁不锈钢梁的畸变失稳性能进行研究,开展了C型薄壁不锈钢梁的四点加载试验,对C型和Z型截面试件进行了数值建模和参数化分析。主要研究内容包括:(1)C型薄壁不锈钢梁畸变失稳试验研究使用CUFSM软件进行试件截面设计,使试件截面弹性畸变失稳临界应力低于局部失稳。在四点加载试验中设置侧向支撑以限制试件的整体失稳,试验中八个试件如设计预期发生了畸变失稳破坏。进行了304不锈钢的材性试验。采用直线导轨、行走装置、激光位移计架设了高精度的缺陷量测装备,量测了各试件的初始缺陷。通过上述试验获得了相应的材性、缺陷及加载试验的力、位移和应变数据。(2)薄壁不锈钢梁数值模拟及参数化分析采用实测截面尺寸、实测材性(多段折线本构)、实测初始缺陷数据,基于ABAQUS建立精细化数值模型。加载试验数据与数值模型计算结果比对较好,数值模拟方法合理可行。探讨了以受压翼缘与腹板交界处的应变监测判断畸变失稳点的方法。变化材料性质、截面畸变失稳正则化柔度、截面型式,进行了参数化分析,共计72个试件算例,有效扩充了试验数据。(3)薄壁不锈钢梁畸变失稳理论分析基于试验及模拟数据,进一步探讨了以受压翼缘与腹板交界处的应变监测判断畸变失稳点的方法。考察材性、截面型式对试件畸变失稳承载性能的影响。基于上述数据和相关文献数据,以直接强度法公式形式拟合得到了适用于C型和Z型截面薄壁不锈钢梁畸变失稳承载力设计公式。本文的研究弥补了该类构件畸变失稳行为的试验及理论研究的不足,为相关设计、研究提供理论基础,以期推动不锈钢结构的发展和应用。
文内图片：不锈钢结构在民用工程中的应用

图片说明：近些年来一系列因素推动着不锈钢在结构工程中的应用[1-6]：冶金行业已制适于结构应用的低成本、高强度不锈钢牌号，如双相体不锈钢 S32101。结材的种类增加及规模化生产也减少了材料使用成本。多个国家、地区颁布设计规范，，使高效、经济、安全的不锈钢结构设计成为可能。相比于普通碳钢，不锈钢具有明显的防腐、美观等优势，对于那些耐腐蚀性要求高的结构来说，综合考虑其建设和后期维护的费用，不锈钢结构的于传统钢结构[2]；不锈钢越来越多的优良特性被发掘利用，所带来的经济效够抵消甚至超过高昂的材料初始造价，这类优越性能包括耐高温、良好的冲击耗能能力、超高强度等；此外，不锈钢的回收利用率极高（近 100%种符合可持续发展理念的建材[2][5]。基于上述不锈钢的优越性能和有利因素的影响推动，不锈钢在特定工程中（腐、耐高温及维护便易性有较高需求的核设施、化工厂、游泳馆、自来水厂处理厂、近海结构及海上设施、科学试验设施等）成为极为理想的建造用材用工程领域，国内外已有玻璃幕墙、人行桥、结构挑棚、屋盖等诸多成功图 1-1a)为法国卢浮宫金字塔玻璃幕墙的不锈钢支撑体系，图 1-1 b)为某屋锈钢支撑体系。
文内图片：不锈钢与低碳钢本构曲线对比

图片说明：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文度高（发生于折弯、辊轧等加工过程材料的耐腐蚀特性、强度得到可靠、件非线性失稳行为复杂锈钢具有非线性应力应变曲线及明应力水平上，不锈钢即开始发展塑性结构行为上，临界失稳荷载会相应化效应可能在某些情况下对构件极限
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU391

【参考文献】