残余应力和损伤对焊接厚板组合构件力学性能影响的研究

发布时间：2019-10-14 09:42

【摘要】：焊接厚板组合构件由于其轻质高强,力学性能良好而在高层建筑结构,大跨桥梁,核反应壳以及航空母舰等重大工程中广泛应用。厚钢板由于加工制造中存在分层偏析,焊接过程中产生残余应力以及在荷载作用下损伤累积,容易发生层状撕裂及脆性断裂等破坏现象。目前关于焊接厚板构件考虑损伤与残余应力的研究很少,严重制约了厚板构件的设计理论发展以及工程应用。通过研究残余应力与累积损伤对焊接厚板组合构件力学性能的影响,有助于深入认识厚板构件力学性能及其破坏特征,为工程设计提供科学依据,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以厚钢板为研究对象,通过建立残余应力和累积损伤模型,借助通用有限元软件ABAQUS的UMAT二次开发平台,研究了残余应力与累积损伤对构件及结构的静、动力学性能的影响。主要内容可分为三部分。首先,本文研究了残余应力对焊接厚板及箱型厚板构件在纯弯及拉伸荷载作用下静力及滞回性能的影响。提出了通过折减构件热影响区的屈服强度来考虑残余应力影响的简化方法,解决了当前施加残余应力的方法复杂,不便于在结构中应用的难题,通过算例与已有文献中的方法进行对比验证,结果表明,这种简化方法具有较好的精度。其次,本文将损伤变量作为累积塑性应变的函数,耦合到金属的弹塑性本构理论中,并推导出损伤演化模型。借助ABAQUS的UMAT二次开发接口,编制了实体单元及梁单元的理想弹塑性损伤本构子程序,研究了累积损伤对焊接厚板及箱型厚板构件在纯弯及压弯荷载作用下滞回性能的影响；最后,基于本文提出的残余应力简化方法及损伤模型,研究了损伤与残余应力共同作用对焊接厚板及箱型厚板构件在纯弯及压弯荷载作用下滞回性能的影响,以及损伤与残余应力共同作用对厚板框架在循环静力推覆荷载与地震荷载作用下力学性能的影响。研究表明,残余应力可使得构件提前进入塑性,但由于塑性重分布的作用,残余应力对构件承载能力和滞回性能的影响很小。而材料累积损伤会造成构件及结构的刚度退化,滞回环面积减小,耗能能力降低。在残余应力与损伤的共同作用下,累积损伤对构件及结构的滞回性能影响显著,残余应力影响较小。二者均会对结构的动力性能产生影响,使得结构顶点位移与层间位移加大。总体来说,损伤的影响作用比残余应力的影响作用更为显著。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU392.4

【参考文献】