考虑缺陷和过焊孔影响的隔板贯通式节点延性断裂行为研究
发布时间：2021-01-03 11:06
强震作用下,钢结构受反复荷载作用会产生较大累积塑性变形。特别是超高层钢结构,在长周期地震动影响下,累积损伤效应会被一定程度放大。随着断裂力学和损伤力学等破坏力学的发展,钢结构梁柱节点在较大累积塑性变形驱动下的延性断裂问题备受关注,并且取得了突破性进展。本文着眼于焊接缺陷和过焊孔形式对隔板贯通式梁柱节点的延性断裂行为的影响,借助已有试验模型建立ABAQUS有限元模型,基于Chaboche混合硬化材料本构模型和微观断裂判据,采用隐式分析方法进行较为准确的节点延性断裂预测,并对延性开裂到一定程度后关键部位的断裂性能进行分析。主要研究内容和成果如下:（1）完善实现材料非线性与延性断裂模拟需要编写的材料模型与断裂判据的UMAT子程序,提出延性断裂预测到一定程度后引用断裂指数的节点断裂性能评估方法。（2）利用包含Chaboche混合硬化材料本构模型与微观断裂判据的扩展子程序对已有试验中的隔板贯通式节点进行有限元模拟,计算模型中包含在梁翼缘与横隔板对接焊缝处设置的人为缺陷,结果表明:设置缺陷后的有限元模型在一定程度上模拟了引弧板与母材相接处的人工裂纹,所以有缺陷模型最终在上翼缘与横隔板对接焊缝处发生...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 钢结构梁柱节点断裂行为研究现状
1.2.1 钢材的断裂机制
1.2.2 钢结构梁柱节点脆性断裂行为研究现状
1.2.3 钢结构梁柱节点及其延性破坏研究现状
1.3 钢结构节点断裂预测方法研究现状
1.3.1 传统断裂力学预测方法研究现状
1.3.2 基于微观机制的钢结构节点延性断裂预测方法研究现状
1.4 循环硬化材料本构模型研究现状
1.5 研究目标与研究内容
1.6 论文架构
第2章 延性断裂模拟与断裂性能评估方法
2.1 abaqus分析模块的确定
2.1.1 显示分析模块
2.1.2 隐示分析模块
2.2 abaqus中的非线性问题
2.2.1 几何非线性
2.2.2 材料非线性
2.3 非线性问题的求解方法
2.4 材料非线性与延性断裂模拟的实现
2.4.1 用户材料子程序
2.4.2 混合硬化本构模型
2.4.3 基于循环空穴扩张模型（cvgm）开裂判据的描述
2.5 abaqus中相关技术的应用
2.5.1 生死单元技术
2.5.2 重启动分析技术
2.6 断裂性能评估方法
2.6.1 等效塑性应变指数PI
2.6.2 开裂指数RI
2.7 本章小结
第3章 考虑缺陷影响的节点延性断裂预测
3.1 既有试验概况
3.1.1 试验模型
3.1.2 材料特性
3.1.3 试验加载
3.2 abaqus有限元分析
3.2.1 材料参数
3.2.2 单元类型选择与网格划分
3.2.3 分析步的设置
3.2.4 约束条件与边界条件的设置
3.2.5 加载制度
3.2.6 加载后的模拟流程
3.3 试验与有限元模拟结果的对比分析
3.3.1 开裂时点对比分析
3.3.2 应力、应变分布特点
3.3.3 滞回曲线对比分析
3.3.4 骨架曲线对比分析
3.4 尚未开裂部位的断裂性能评估
3.4.1 断裂性能评估的路径设置
3.4.2 断裂性能分析
3.5 本章小结
第4章 焊孔形式对节点延性断裂影响
4.1 焊孔形式
4.2 节点有限元模型
4.3 破坏状态对比分析
4.3.1 开裂时点对比分析
4.3.2 不同开裂时点节点应力、应变状态
4.4 开裂单元失效参数对比分析
4.4.1 i型过焊孔失效参数分析
4.4.2 ii型过焊孔失效参数分析
4.5 受力性能对比分析
4.5.1 滞回性能对比分析
4.5.2 骨架曲线对比分析
4.5.3 刚度对比
4.6 尚未开裂部位的断裂性能评估
4.7 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢结构节点断裂的研究现状[J]. 廖芳芳,王伟,李文超,周天华. 建筑科学与工程学报. 2016(01)
[2]基于微观机理的梁柱节点焊接细节断裂分析[J]. 周晖,王元清,石永久,熊俊. 工程力学. 2015(05)
[3]基于微观机制的钢结构节点延性断裂预测与裂后路径分析[J]. 王伟,廖芳芳,陈以一. 工程力学. 2014(03)
[4]考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究[J]. 王萌,石永久,王元清. 建筑结构学报. 2013(10)
[5]结构钢材循环荷载下的本构模型研究[J]. 石永久,王萌,王元清. 工程力学. 2012(09)
[6]钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅰ:试验研究[J]. 石永久,熊俊,王元清. 建筑结构学报. 2012(03)
[7]钢结构构件抗断裂分析理论与实用方法研究[J]. 王元清,武延民,石永久,江见鲸. 湖南大学学报(自然科学版). 2006(01)
[8]钢框架梁柱腹板连接梁翼缘对接焊缝的破坏机理[J]. 郭秉山,顾强,李养成. 西安科技大学学报. 2004(04)
[9]强度匹配对钢结构梁柱节点断裂行为的影响[J]. 张莉,张玉凤,霍立兴. 焊接学报. 2004(03)
[10]焊接孔长度对钢框架梁-柱刚性节点性能的影响[J]. 黎永,舒兴平. 湖南大学学报(自然科学版). 2003(01)
博士论文
[1]基于微观机理的高强钢结构材料与节点的断裂性能研究[D]. 刘希月.清华大学 2015
[2]强烈地震作用下钢框架的损伤退化行为[D]. 王萌.清华大学 2013
[3]强震作用下钢框架焊接节点损伤性能和计算模型研究[D]. 熊俊.清华大学 2011
硕士论文
[1]扩大型焊孔梁柱节点多损伤协同效应研究[D]. 李海迎.青岛理工大学 2018
[2]考虑长周期地震动作用影响钢结构梁柱节点损伤退化行为研究[D]. 郭刚.青岛理工大学 2016
[3]基于XFEM的梁柱节点断裂分析及裂纹扩展研究[D]. 谷雨.兰州理工大学 2016
[4]Q235B钢基于细微观断裂模型的参数校定与节点应用[D]. 于姗姗.兰州理工大学 2016
[5]往复荷载下钢结构梁柱节点的破坏模式及其断裂预测研究[D]. 吴雨杭.天津大学 2016
[6]结构延性节点的抗震性能分析与对比研究[D]. 李潇.西南石油大学 2014
[7]梁柱栓焊连接发生断裂的影响因素[D]. 滕尊莉.兰州理工大学 2012
[8]梁端翼缘扩大型梁柱节点受力性能的试验研究[D]. 王想军.哈尔滨工业大学 2006
[9]钢框架结构地震作用下累积损伤分析及试验研究[D]. 贲庆国.南京工业大学 2003
本文编号：2954874
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 钢结构梁柱节点断裂行为研究现状
1.2.1 钢材的断裂机制
1.2.2 钢结构梁柱节点脆性断裂行为研究现状
1.2.3 钢结构梁柱节点及其延性破坏研究现状
1.3 钢结构节点断裂预测方法研究现状
1.3.1 传统断裂力学预测方法研究现状
1.3.2 基于微观机制的钢结构节点延性断裂预测方法研究现状
1.4 循环硬化材料本构模型研究现状
1.5 研究目标与研究内容
1.6 论文架构
第2章 延性断裂模拟与断裂性能评估方法
2.1 abaqus分析模块的确定
2.1.1 显示分析模块
2.1.2 隐示分析模块
2.2 abaqus中的非线性问题
2.2.1 几何非线性
2.2.2 材料非线性
2.3 非线性问题的求解方法
2.4 材料非线性与延性断裂模拟的实现
2.4.1 用户材料子程序
2.4.2 混合硬化本构模型
2.4.3 基于循环空穴扩张模型（cvgm）开裂判据的描述
2.5 abaqus中相关技术的应用
2.5.1 生死单元技术
2.5.2 重启动分析技术
2.6 断裂性能评估方法
2.6.1 等效塑性应变指数PI
2.6.2 开裂指数RI
2.7 本章小结
第3章 考虑缺陷影响的节点延性断裂预测
3.1 既有试验概况
3.1.1 试验模型
3.1.2 材料特性
3.1.3 试验加载
3.2 abaqus有限元分析
3.2.1 材料参数
3.2.2 单元类型选择与网格划分
3.2.3 分析步的设置
3.2.4 约束条件与边界条件的设置
3.2.5 加载制度
3.2.6 加载后的模拟流程
3.3 试验与有限元模拟结果的对比分析
3.3.1 开裂时点对比分析
3.3.2 应力、应变分布特点
3.3.3 滞回曲线对比分析
3.3.4 骨架曲线对比分析
3.4 尚未开裂部位的断裂性能评估
3.4.1 断裂性能评估的路径设置
3.4.2 断裂性能分析
3.5 本章小结
第4章 焊孔形式对节点延性断裂影响
4.1 焊孔形式
4.2 节点有限元模型
4.3 破坏状态对比分析
4.3.1 开裂时点对比分析
4.3.2 不同开裂时点节点应力、应变状态
4.4 开裂单元失效参数对比分析
4.4.1 i型过焊孔失效参数分析
4.4.2 ii型过焊孔失效参数分析
4.5 受力性能对比分析
4.5.1 滞回性能对比分析
4.5.2 骨架曲线对比分析
4.5.3 刚度对比
4.6 尚未开裂部位的断裂性能评估
4.7 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢结构节点断裂的研究现状[J]. 廖芳芳,王伟,李文超,周天华. 建筑科学与工程学报. 2016(01)
[2]基于微观机理的梁柱节点焊接细节断裂分析[J]. 周晖,王元清,石永久,熊俊. 工程力学. 2015(05)
[3]基于微观机制的钢结构节点延性断裂预测与裂后路径分析[J]. 王伟,廖芳芳,陈以一. 工程力学. 2014(03)
[4]考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究[J]. 王萌,石永久,王元清. 建筑结构学报. 2013(10)
[5]结构钢材循环荷载下的本构模型研究[J]. 石永久,王萌,王元清. 工程力学. 2012(09)
[6]钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅰ:试验研究[J]. 石永久,熊俊,王元清. 建筑结构学报. 2012(03)
[7]钢结构构件抗断裂分析理论与实用方法研究[J]. 王元清,武延民,石永久,江见鲸. 湖南大学学报(自然科学版). 2006(01)
[8]钢框架梁柱腹板连接梁翼缘对接焊缝的破坏机理[J]. 郭秉山,顾强,李养成. 西安科技大学学报. 2004(04)
[9]强度匹配对钢结构梁柱节点断裂行为的影响[J]. 张莉,张玉凤,霍立兴. 焊接学报. 2004(03)
[10]焊接孔长度对钢框架梁-柱刚性节点性能的影响[J]. 黎永,舒兴平. 湖南大学学报(自然科学版). 2003(01)
博士论文
[1]基于微观机理的高强钢结构材料与节点的断裂性能研究[D]. 刘希月.清华大学 2015
[2]强烈地震作用下钢框架的损伤退化行为[D]. 王萌.清华大学 2013
[3]强震作用下钢框架焊接节点损伤性能和计算模型研究[D]. 熊俊.清华大学 2011
硕士论文
[1]扩大型焊孔梁柱节点多损伤协同效应研究[D]. 李海迎.青岛理工大学 2018
[2]考虑长周期地震动作用影响钢结构梁柱节点损伤退化行为研究[D]. 郭刚.青岛理工大学 2016
[3]基于XFEM的梁柱节点断裂分析及裂纹扩展研究[D]. 谷雨.兰州理工大学 2016
[4]Q235B钢基于细微观断裂模型的参数校定与节点应用[D]. 于姗姗.兰州理工大学 2016
[5]往复荷载下钢结构梁柱节点的破坏模式及其断裂预测研究[D]. 吴雨杭.天津大学 2016
[6]结构延性节点的抗震性能分析与对比研究[D]. 李潇.西南石油大学 2014
[7]梁柱栓焊连接发生断裂的影响因素[D]. 滕尊莉.兰州理工大学 2012
[8]梁端翼缘扩大型梁柱节点受力性能的试验研究[D]. 王想军.哈尔滨工业大学 2006
[9]钢框架结构地震作用下累积损伤分析及试验研究[D]. 贲庆国.南京工业大学 2003
本文编号：2954874
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