基于GTN损伤模型的钢节点断裂预测研究

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摘要;钢节点的破坏往往是造成钢结构事故的主要原因,从微细观角度分析钢材以及节点的损伤和破坏更加科学、合理,但国内缺欠相关的研究工作。因此,本文将基于已被国内外广泛认可的GTN损伤模型,提取建筑行业中常用的钢材损伤参数,据此进行钢节点性能研究。首先,设计了光滑和缺口圆棒试件,自Q235B热轧无缝钢管,Q235B冷弯焊接钢管的母材、焊缝、热影响区以及G20Mn5铸钢支座中分别取材进行加工,完成5种钢材单向拉伸和低周循环加载试验。由单向拉伸试验得到了各钢材的基本力学参数,由低周循环加载试验得到了各钢材的滞回曲线和骨架曲线,并对5种钢材的力学性能进行了比较;对单向拉伸试件的断口进行了电镜扫描,对比观察各钢材光滑试件的断口破坏形态,以Q235B热轧无缝钢管材为例考察了的不同缺口试件的断口差异,结果均符合金属微孔洞聚合理论中的假设。随后,基于GTN损伤模型理论,分别对各类钢材的3种单向拉伸缺口试件进行了数值模拟和参数分析,识别了5种钢材的GTN损伤参数并进行了比较,可较为准确地预测5种钢材的断裂点;探讨GTN模型函数中g系列参数的两种取值方法,发现按两类q值得到的GTN参数均与实测的缺口圆棒的荷载位移曲线吻合良好。最后,采用所识别GTN参数,分别对K型圆钢管搭接节点和十字隔板焊接钢节点分别进行了有限元分析,研究了初始孔洞体积分数f0、形核粒子孔洞体积分数fn和极限孔洞体积分数fF及q系列损伤参数变化对节点预测结果的影响,发现基于GTN模型对两类钢节点进行模拟均可实现断裂预测,并能取得较好的预测效果,证明了将GTN损伤模型运用于工程实际是可行的并且更加优越的。
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