Q345与Q460结构钢材单调和循环加载性能比较1戴国欣u王飞u施刚

由于包辛格效应,钢在循环载荷下的本构循环应力-应变滞后曲线与单调载荷和循环载荷下的钢本构响应有很大的不同。地震作用下钢结构的力学行为它是结构设计过程中弹塑性地震响应分析的基础。清华大学对低合金高强度钢Q345和Q460进行了单调加载测试,并在各种循环加载系统下进行了循环加载。获得并通过了钢的单调载荷下的应力-应变曲线和各种循环载荷下的应力-应变曲线。 ABAQUS对测试结果进行了有限元模拟,并对两种强度钢的单调性能和循环性能进行了相关分析,但数据分散性很大。本文将比较这两种钢的单调和循环载荷性能之间的差异,分析宏观的单调和循环载荷现象及其单调和循环力学性能,并使用实验标定法讨论循环本构模型的参数,如表1所示。 1.通过拉伸和拉伸引伸计测量每个试样的位移,引伸计的标距为20mm,拉伸范围为10mm,并且获得压缩性能。

Q345和Q460钢的机械性能和化学范围均为5mm,并获得了每个试件的位移-载荷曲线。传递成分符合GB/T1591-2008的低合金高强度结构。

表1试样的循环加载系统表Q345钢试样Q460钢试样编号加载系统编号加载系统单调拉伸单调压缩约0对称加载,按等应变增量0.005对称逐步加载,先拉后压,循环的每个阶段进行2次约0次对称加载,首先将环加载到0.01,按等应变增量0.0051进行对称加载,首先向后拉压力,循环的每个阶段进行2次约0次对称加载。应变增量为0.005,对称加载逐步进行,先加压然后拉动,循环的每个阶段进行2次约0对称加载,第一个环加载为0.01,根据等应变增量为0.005对称加载1。逐步加载,首先施加压力,然后施加拉力,每个次级循环的次级应变固定为0.001,拉伸应变增加0.005,并且拉伸应变固定为0.001,拉伸应变的第一个应变加载为0.001,然后增量加载为0.005。对称加载,以0.02的大小加载20圈,以此类推。=0时,以20的对称载荷加载,以0.02的大小加载,以此类推。s=0的对称加载,从大到小的应变,以相等的应变增量进行对称加载0.005渐进载荷=0对称载荷,按等于0的等效应变增量从大到小应变。005 1对称逐步加载a-Q345测试件:b-Q460测试件尺寸2单调加载性能机械两种钢的单调加载性能示于表2,其中E为钢的弹性模量; E为钢的弹性模量。/y是钢材的屈服强度人造钢的最大强度值;对应于最大强度值的应变。由于测试条件的限制,Q460钢的单调载荷无法测量断裂时的应变。为了便于比较,在表2中定义了应变值1U1,其对应于钢强度值降至最大强度值的85%。应变)来表征试样破坏时的应变。单调压缩的试件由于在加载过程中试件的严重屈曲现象而无法测量相应的应变值。当测试加载到曲线的下降部分时,加载停止。

从表2可以看出,Q345钢的弹性模量大于Q460的弹性模量,但基本上接近GB-2003钢结构设计规范中规定的弹性模量指标,且弹性模量单调压缩过程中的两种钢的数量。两者都小于单调拉伸的值。 Q345钢在单调压缩期间的最大强度小于单调拉伸期间的最大强度。从测试中发现,试样的屈曲非常严重,导致承载能力下降; Q460钢在单调压缩时的最大强度大于单调拉伸时的最大强度。试件的屈曲现象远不及Q345钢严重,但同时,由于试件在压缩过程中横截面的横向变形,其承载能力不断提高。 Q345钢的单拉最大强度大于Q460钢的最大强度,其最大强度值满足GB/T低合金高强度结构钢的单拉性能要求。 Q345钢的所有试样的屈服比(//)均小于Q460钢的屈服比,这与屈服强度随钢强度的增加而增加的结论是一致的。

应变值可以在一定程度上反映钢的延展性,尤其是断裂时的应变,可以表征钢的塑性变形能力。

从表2可以看出,两种钢的延展性都非常好。断裂前单调拉伸试样的应变已超过0.34。 Q345钢的应变和拉伸强度小于Q460,这是该钢的强度。较高的塑性不一致的观点认为,在4中有类似的结论:钢的横截面收缩率和伸长率与钢的强度趋势相反,这可能是由于这些参数可用于表征塑性。并且由于试件的数量少,所以代表性不强。

表2单调加载的力学性能参数钢号试件类型人1屈曲平均值的平均屈曲平均值3循环加载性能3.1循环加载现象显示了两种钢材在循环载荷下的应力应变曲线。可以看出,两种钢材上阶段循环加载的应力,应变值,应变幅值和当前加载循环的初始应变值都影响下一个循环,而第一次卸载后的塑性应变,即反向加载过程中的初始应变。该值对反向载荷的应力-应变曲线有重大影响。例如,当a和b的拉伸应变(a为0.010)小时,反向加载过程中的应力-应变曲线软化不明显,屈服强度和单调加载也不明显。屈服强度相对接近。 G-表示当反向载荷的初始应变值较大时,反向载荷过程中应力-应变曲线的软化现象不明显,该曲线直接进入加强段。这种现象在Q345的几组试样的加载中得到体现。更明显。在a和b曲线的屈服点之后,应力减小并经历一个短平台。随着匝数的增加,发生了循环硬化,但在后期应力增加并不明显,而Q460钢的应力在后期增加较少。与单向压缩曲线相比,第一次拉动后曲线的最大压缩应力会降低,并产生鲍辛格效应。 c和d的曲线与单轴拉伸试验同时劣化。最大拉伸应力降低。这是包辛格效应,但工程上的效果不如先拉后压重要。所有样品在循环载荷下的应力-应变曲线磁滞回线均已满,表明两种钢在材料水平上的地震耗能性能均良好。

两种钢材的循环加载是通过手动加载实现的。当试件在循环载荷下经受大的屈曲或试件变形超过引伸计的范围时,将停止周期性载荷,然后直接将试件拉出。试件断面的电子显微镜观察表明,Q345钢在逐步加载过程中发生了疲劳破坏。从电子显微镜的结果来看,疲劳裂纹不是简单的宏观平面,而是一系列具有高度差的宏观平面。周围扩展,在疲劳延伸区的海滩上显示出波纹状条纹,这是严重的疲劳损伤。在其余的试件中可以看到大小不同的圆形和椭圆形凹坑,表明韧性延展。 3.2循环荷载性能是两条钢单调曲线和循环骨架曲线的比较。可以看出,随着应变幅度的增加,钢的强度不断提高并逐渐稳定,其最大强度与单调加载钢的最大强度一致。循环载荷促进了钢的硬化现象,并且循环硬化效应提高了钢的强度。还可以看出,Q345钢的循环硬化现象比Q460钢的循环硬化现象更为明显,这可能是由于晶体中的两种强度钢引起的,并且造成了合金成分的差异。

表3显示了两种强度钢在相似的循环载荷系统下的力学性能。 G101-96抗震试验方法中规定了混凝土循环荷载的定义,其强度降低到最大强度的85%。材料被破坏,此时的强度再次为“ 1”,应变再次对应于1。从表3中可以看出,两种钢在循环载荷B6-1下仍表现出良好的延展性,因为在测试期间加载应变没有得到很好的控制,并且偏离了实际的设计加载系统,除了A6-1和B6-1以外,Q345钢的应变'和1小于Q460,与单调加载03和反向加载相比oo循环应力-应变曲线。单调曲线与循环骨架曲线一致,但与单调加载时的应变相比,它们的应变值降低了,表明材料的延性随着滞后损伤的积累而逐渐恶化。振幅加载性能最显着。

表3中最后一列的磁滞能量等于当钢强度下降到人1时力-位移曲线与坐标轴所包围的所有磁滞回线面积之和。钢材在材料层面的地震耗能。能力。从A4-1和B4-1,A5-1和B5-1具有相同的磁滞回线数可以看出,Q460钢具有更好的磁滞能量性能,并且在材料水平表明钢强度得到改善之后,地震能量消耗能力没有降低,这与Q460钢的更高强度和延展性降低有关。一般认为,钢的强度增加后,屈服比越大,地震能量的消耗能力越弱,但材料的能量消耗不仅与强度有关,而且与延性有关。材质,因此此处未显示。地震能量消耗能力的变化。

四循环本构模型对钢的各向同性模型使用组合的混合增强规则,对钢的循环本构模型使用后续的增强规则。混合强化规则的加载面在各个方向上都变平和扩展(收缩),从而可以更好地模拟包辛格效应。通过测试数据对模型中的参数进行校准,并使用有限元软件对加载过程进行仿真,以验证本构模型的正确性。实验结果与有限元结果的比较表明材料参数选择的准确性。

钢级试件式磁滞回线磁滞能量/1国家自然科学基金重点项目()。

第一作者:戴国新,男,1955年出生,博士,教授,博士生导师。电子邮件:dgx.com:2011

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