论文部分内容阅读
圆钢管常作为桁架或塔架结构体系构件,广泛应用于高压输电塔、桥梁和大型钢桁架柱等重要建筑结构中。自然大气腐蚀和落石撞击威胁着服役于山岭地区的钢结构建筑安全性和稳定性,甚至会干扰到地方经济的发展和人民的日常生活。本文将Q420钢管作为对象,研究大气腐蚀对钢管构件抗冲击性能的影响。以我国重庆江津地区为例,提出了考虑腐蚀时间的材料损伤模型;通过加速腐蚀试验获得模型参数,开展预腐蚀Q420钢管构件的落锤试验,以及利用ABAQUS软件对腐蚀钢管进行抗冲击模拟分析,将所获得的计算结果与试验结果相对比,获得不同冲击条件下腐蚀钢管的动力响应变化规律。本文主要开展了以下几方面的研究工作:(1)Q420低合金钢材的大气腐蚀损伤研究以既有低合金钢材在重庆江津地区的自然大气暴露试验结果为基础,对比经典的4种腐蚀预测模型在当地的适应情况,并选择精度较高的模型为基础,根据一维损伤理论建立考虑腐蚀时间的Q420钢材性能预测模型,获得失重率与腐蚀时间之间的理论关系;通过干-湿交替腐蚀失重法对Q420钢管构件开展加速腐蚀及静力拉伸材性试验,获得应力-应变关系曲线及其相关材料力学性能参数,建立腐蚀损伤本构模型;对比材料表面蚀坑情况、屈服强度、伸长率等物理性质之间的差异,分析腐蚀损伤对Q420钢材力学性能的影响规律。(2)大气腐蚀损伤后的Q420钢管低速落锤冲击试验研究通过自行设计落锤试验装置,对5种不同腐蚀程度的Q420钢管开展恒定轴力下的落锤冲击试验,使用高速采集仪器获得冲击力、加速度、应变、冲击过程等瞬态数据;统计分析试验数据,研究不同撞击作用对Q420腐蚀钢管冲击动力响应的影响,为有限元计算提供实际相关输入参数。(3)不同撞击作用下Q420钢管构件的冲击动力响应分析基于Q420钢材腐蚀损伤本构模型,在ABAQUS/Explicit模块中建立考虑腐蚀损伤的Q420钢材有限元模型,对7种腐蚀程度、6种落锤速度和6种落锤质量冲击作用下的Q420钢管模型进行数值计算,研究不同条件下的Q420钢管在局部区域脉冲荷载作用下的动力响应变化规律,获得冲击力时程曲线、位移时程曲线、构件变形和挠度等结果,并将试验结果与数值计算结果进行对比分析。