1770级钢丝动态本构模型及抗冲击性能研究
发布时间：2022-02-15 15:50
高强钢索作为现代大跨空间结构、桥梁结构中重要的受力构件,其破坏往往会导致结构的连续倒塌,其安全性至关重要。高强钢丝作为索构件的组成材料,其在冲击、爆炸等荷载作用下往往处于高应变率状态,材料的应力应变关系与准静态下有很大不同。为了获得高强钢丝材料在这种高应变率下的本构关系,本文选用1770级高强钢丝作为研究对象,以Johnson-Cook模型为基础,开展了一系列材性试验以实现对于Johnson-Cook模型中各项相关参数的标定,建立了适用于该种钢丝的Johnson-Cook模型。在此基础之上,开展1770级高强钢丝的重力式落锤冲击试验,观察钢丝在不同冲击条件下的响应。将Johnson-Cook动态本构模型应用于数值仿真之中,将数值仿真结果与试验数据进行对比分析,验证Johnson-Cook模型在数值仿真中的可靠性。最后,开展不同参数下单根钢丝冲击荷载下的数值仿真,研究冲击物高度、冲击物质量、钢丝长度、冲击位置及钢丝中的预应力等级对钢丝抗冲击性能的影响。本文的主要内容和结论如下:（1）开展1770级高强钢丝准静态拉伸试验、霍普金森压杆试验及高温下的准静态拉伸试验,获得该种材料的静态力学参数...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金门大桥钢结构在冲击荷载的作用下，组成
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着桥梁技术的不断发展，悬索桥成为了一种运用广泛的新型桥梁结构体系。悬索结构与传统混凝土结构相比具有轻质高强、承重能力强、空间开阔等优点，因此常常用来建造体育场馆及一些大型桥梁体系。人们熟知的如金门大桥、南京长江三桥等都是著名的悬索桥梁。此外，悬索结构也已经广泛地应用于很多大跨度空间结构之中，如体育馆、音乐厅等等。这些桥梁与公共场所都发挥着重要的功能，人流量与运输量庞大。然而，一旦发生撞击事故，造成的伤亡及财产损失数量也更加严重。因此研究悬索结构的抗冲击性能对于公共安全及索结构的安全性能提升都有十分重要的意义。在发生此类破坏时，建筑物承受冲击荷载。冲击荷载具有作用时间短、能量大、破坏性强等特点。在冲击荷载作用下，结构的延展性会大大降低[1]。冲击荷载通常会引起两种类型的的结构破坏，分别为直接破坏和结构连续倒塌。由撞击引起的结构构件的局部破坏称为直接破坏；由于构件局部破坏向四周扩展引起的结构连锁性倒塌破坏现象称为结构的连续倒塌。冲击荷载作用下的建筑结构容易发生由关键构件的失效引起的连续性倒塌破坏，因此这些关键构件的抗冲击性能将直接影响到整体结构的安全性[2]。图1-1金门大桥图1-2南京长江三桥钢结构在冲击荷载的作用下，组成材料常常处于高温、高压、高应变率的状态，表现出的动态力学性能明显不同于准静态。高强钢丝作为悬索结构中的常用材料，又有别于普通的建筑钢材。除了其静力屈服强度大大高于普通钢材，这种高强索材在动态下的响应关系也与普通钢材有很大差别。因此有针对性地研究高强钢丝在高应变率下的动态行为并建立本构模型，对于进一步研究索构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-9-图2-3Instran-5969万能试验机2.2.2试验现象及结果分析经过准静态拉伸的试件，断口处出现不明显的颈缩现象，断口粗糙。试验后的试件形态如图2-4所示：图2-4试件拉伸后形态试件的应变通过10mm引伸计进行测量，应力由接收系统自动记录，试验的整个加载过程都由计算机控制，并自动采集试验数据。由试验机直接采集得到数据为工程应力和工程应变，其表达式分别如式(2-1)、(2-2)所示00=(ll)/l(2-1)0=P/A(2-2)事实上，是由拉力除以初始截面积得到的，在应力到达弹性极限之前，截面缩小不明显，可以认为对应力精度基本没影响。但是在拉伸时试件的横截
【参考文献】：
期刊论文
[1]单层球面网壳冲击响应规律及抗冲击性能研究[J]. 王昊,王秀丽,杨波. 振动与冲击. 2016(21)
[2]K8型单层球面网壳顶点竖向冲击下的冲击荷载特征及荷载简化模型[J]. 尹弘峰,支旭东. 振动与冲击. 2015(01)
[3]Q235B钢Johnson-Cook模型参数的确定[J]. 林莉,支旭东,范锋,孟上九,苏俊杰. 振动与冲击. 2014(09)
[4]基于Johnson-Cook模型的冻土动态本构关系[J]. 张海东,朱志武,康国政,马悦. 四川大学学报(工程科学版). 2012(S2)
[5]爆炸荷载作用下悬索桥竖弯响应的数值模拟[J]. 蒋志刚,王赟,严波,白志海. 振动与冲击. 2012(02)
[6]一种调质50SiMnVB钢Johnson-Cook本构模型的建立[J]. 常列珍,潘玉田,张治民,薛勇. 兵器材料科学与工程. 2010(04)
[7]基于杆件破坏形式的冲击荷载下单层球面网壳失效机理分析[J]. 王多智,范峰,支旭东,沈世钊. 振动与冲击. 2009(10)
[8]基于Johnson-Cook模型的TC16钛合金动态本构关系[J]. 杨扬,曾毅,汪冰峰. 中国有色金属学报. 2008(03)
[9]国产C30混凝土考虑率型微损伤演化的改进Johnson-Cook强度模型[J]. 施绍裘,王永忠,王礼立. 岩石力学与工程学报. 2006(S1)
[10]泰勒杆实验对材料动态本构参数的确认和优化确定[J]. 吕剑,何颖波,田常津,张方举,陈成军,邓宏见. 爆炸与冲击. 2006(04)
博士论文
[1]爆炸载荷及复合多层防护结构响应特性研究[D]. 孔祥韶.武汉理工大学 2013
[2]火灾爆炸作用下轻钢框架结构连续倒塌机理分析[D]. 齐宝欣.大连理工大学 2012
[3]基于有限质点法的空间钢结构连续倒塌破坏研究[D]. 喻莹.浙江大学 2010
[4]Johnson-Cook本构模型和Steinberg本构模型的比较研究[D]. 彭建祥.中国工程物理研究院 2006
本文编号：3626903
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金门大桥钢结构在冲击荷载的作用下，组成
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着桥梁技术的不断发展，悬索桥成为了一种运用广泛的新型桥梁结构体系。悬索结构与传统混凝土结构相比具有轻质高强、承重能力强、空间开阔等优点，因此常常用来建造体育场馆及一些大型桥梁体系。人们熟知的如金门大桥、南京长江三桥等都是著名的悬索桥梁。此外，悬索结构也已经广泛地应用于很多大跨度空间结构之中，如体育馆、音乐厅等等。这些桥梁与公共场所都发挥着重要的功能，人流量与运输量庞大。然而，一旦发生撞击事故，造成的伤亡及财产损失数量也更加严重。因此研究悬索结构的抗冲击性能对于公共安全及索结构的安全性能提升都有十分重要的意义。在发生此类破坏时，建筑物承受冲击荷载。冲击荷载具有作用时间短、能量大、破坏性强等特点。在冲击荷载作用下，结构的延展性会大大降低[1]。冲击荷载通常会引起两种类型的的结构破坏，分别为直接破坏和结构连续倒塌。由撞击引起的结构构件的局部破坏称为直接破坏；由于构件局部破坏向四周扩展引起的结构连锁性倒塌破坏现象称为结构的连续倒塌。冲击荷载作用下的建筑结构容易发生由关键构件的失效引起的连续性倒塌破坏，因此这些关键构件的抗冲击性能将直接影响到整体结构的安全性[2]。图1-1金门大桥图1-2南京长江三桥钢结构在冲击荷载的作用下，组成材料常常处于高温、高压、高应变率的状态，表现出的动态力学性能明显不同于准静态。高强钢丝作为悬索结构中的常用材料，又有别于普通的建筑钢材。除了其静力屈服强度大大高于普通钢材，这种高强索材在动态下的响应关系也与普通钢材有很大差别。因此有针对性地研究高强钢丝在高应变率下的动态行为并建立本构模型，对于进一步研究索构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-9-图2-3Instran-5969万能试验机2.2.2试验现象及结果分析经过准静态拉伸的试件，断口处出现不明显的颈缩现象，断口粗糙。试验后的试件形态如图2-4所示：图2-4试件拉伸后形态试件的应变通过10mm引伸计进行测量，应力由接收系统自动记录，试验的整个加载过程都由计算机控制，并自动采集试验数据。由试验机直接采集得到数据为工程应力和工程应变，其表达式分别如式(2-1)、(2-2)所示00=(ll)/l(2-1)0=P/A(2-2)事实上，是由拉力除以初始截面积得到的，在应力到达弹性极限之前，截面缩小不明显，可以认为对应力精度基本没影响。但是在拉伸时试件的横截
【参考文献】：
期刊论文
[1]单层球面网壳冲击响应规律及抗冲击性能研究[J]. 王昊,王秀丽,杨波. 振动与冲击. 2016(21)
[2]K8型单层球面网壳顶点竖向冲击下的冲击荷载特征及荷载简化模型[J]. 尹弘峰,支旭东. 振动与冲击. 2015(01)
[3]Q235B钢Johnson-Cook模型参数的确定[J]. 林莉,支旭东,范锋,孟上九,苏俊杰. 振动与冲击. 2014(09)
[4]基于Johnson-Cook模型的冻土动态本构关系[J]. 张海东,朱志武,康国政,马悦. 四川大学学报(工程科学版). 2012(S2)
[5]爆炸荷载作用下悬索桥竖弯响应的数值模拟[J]. 蒋志刚,王赟,严波,白志海. 振动与冲击. 2012(02)
[6]一种调质50SiMnVB钢Johnson-Cook本构模型的建立[J]. 常列珍,潘玉田,张治民,薛勇. 兵器材料科学与工程. 2010(04)
[7]基于杆件破坏形式的冲击荷载下单层球面网壳失效机理分析[J]. 王多智,范峰,支旭东,沈世钊. 振动与冲击. 2009(10)
[8]基于Johnson-Cook模型的TC16钛合金动态本构关系[J]. 杨扬,曾毅,汪冰峰. 中国有色金属学报. 2008(03)
[9]国产C30混凝土考虑率型微损伤演化的改进Johnson-Cook强度模型[J]. 施绍裘,王永忠,王礼立. 岩石力学与工程学报. 2006(S1)
[10]泰勒杆实验对材料动态本构参数的确认和优化确定[J]. 吕剑,何颖波,田常津,张方举,陈成军,邓宏见. 爆炸与冲击. 2006(04)
博士论文
[1]爆炸载荷及复合多层防护结构响应特性研究[D]. 孔祥韶.武汉理工大学 2013
[2]火灾爆炸作用下轻钢框架结构连续倒塌机理分析[D]. 齐宝欣.大连理工大学 2012
[3]基于有限质点法的空间钢结构连续倒塌破坏研究[D]. 喻莹.浙江大学 2010
[4]Johnson-Cook本构模型和Steinberg本构模型的比较研究[D]. 彭建祥.中国工程物理研究院 2006
本文编号：3626903
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