H形截面6082-T6铝合金柱轴心受压稳定性能研究

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铝合金材料具有耐腐蚀、轻质高强、绿色环保以及无磁性等优点,近年来被广泛应用于空间结构和桥梁结构中。在研究铝合金时,构件的稳定性能较为关键。当涉及到土木工程中的结构设计时,轴心受压构件为最基本的结构类型之一。近年来,6082-T6铝合金作为6XXX系列中的一种新型铝合金,在强度、耐腐蚀性和焊接性能方面优于传统6061-T6铝合金,因此在土木工程领域的应用前景很广泛。为了进一步研究这种新型材料,本文展开了系统的数值模拟和理论研究,以评估6082-T6铝合金轴心受压构件的可靠性能。具体研究内容及成果如下:(1)进行了有限元分析,设置了有限元分析所需的相关参数,包括单元选取、网格划分以及边界条件等,对已有的试验进行模拟,从试件发生失稳的形态及力态角度进行对比分析,结果表明,无论是从形态还是力态的角度,都验证了有限元建模方法的正确性及有限元模型的有效性,可为后续进行铝合金轴心受压构件的分析提供可靠的有限元建模方法。本文研究了国产6082-T6铝合金的三种经典本构模型和实测应力-应变曲线,并比较了 Ramberg-Osgood本构模型中不同计算方法对硬化指数n的影响。通过对比分析发现,6082-T6铝合金的应力-应变曲线与Ramberg-Osgood本构模型相吻合,而Steinhardt建议的硬化指数计算方法能够较好地适用于该材料。(2)通过计算相对长细比λ将试件划分为短、中、长试件,基于可靠的有限元建模方法,对试件进行了数值模拟。模拟结果表明,长度较小的试件(λ≤0.5)发生局部屈曲,中等长度的试件(0.5<λ<2.0)均发生局部屈曲与整体屈曲的耦合破坏,较长试件(λ≥2.0)均发生整体失稳破坏,研究了影响铝合金轴心受压构件稳定性能的各种因素,包括初弯曲、材料参数、截面尺寸。分析结果表明,铝合金轴心受压柱的稳定系数会受到初弯曲、材料参数和截面尺寸的变化影响,其中初弯曲对稳定系数的影响较大。长细比不同时,这些因素对构件的稳定系数影响程度均不相同。(3)对各国规范中轴心受压稳定系数的计算方法进行了对比分析,根据本文的有限元模拟结果及参数化分析值提出了基于我国铝合金结构设计规范中稳定系数的精细化计算公式,针对不同长细比的柱子提出了一组稳定系数计算公式,本文使用提出的建议公式计算了轴心受压稳定系数,并将其与现行规范中的计算方法进行了比较。对比可知,本文所得的建议计算公式与有限元模拟结果最为接近,表现出更高的精度和可靠性。
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