基于剪切修正GTN模型的高强钢材及T形焊接接头断裂性能研究

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高强度钢结构的推广及应用是建筑科技发展的必然趋势,但高强钢材较普通钢材变形能力差,焊接连接的脆变倾向更加严重。因此,本文基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)微观损伤断裂预测模型,系统开展了国产Q460高强钢材及T形对接焊接接头的断裂性能研究,力求为复杂高强钢节点及体系的力学性能研究提供科学依据及技术支撑。具体研究内容如下:  (1)取材自国产Q460C钢板母材、焊缝和热影响区,加工39个光滑和缺口圆棒试件,又取材自国产Q460D钢板母材,加工24个光滑平板、凹槽平板及矩形缺口试件,共进行了33例单向拉伸和30例超低周疲劳试验。结果表明,Q460高强钢母材单拉延伸率超过25.1%,滞回断裂应变约为6%;焊缝和热影响区单拉延伸率分别为23.7%和26.6%,滞回断裂应变仅为3.2%和4.4%;Lode角参数相同时,随应力三轴度增大,钢材强度提高,断裂位移显著下降;Lode角参数趋近于0时,钢材的微细观破坏机理异于“微孔穴的形核、增长和聚合”。  (2)采用单面成形全熔透对接焊接技术加工10个板厚、夹角不同的T形接头,分别完成5例单向拉伸及5例超低周疲劳试验。结果表明,焊接接头试件的“应力-应变”曲线无屈服平台,塑性变形能力较母材、热影响区和焊缝显著降低,5个单拉试件的断裂“延伸率”在7.6%~11.7%之间变化,滞回断裂“应变”低至2.6%以下;薄板T形焊接接头延性最差,厚板、钝角接头试件的延性有显著提高。  (3)利用传统GTN模型对单向拉伸材性试件进行精细化数值分析,分别识别了Q460高强钢母材、焊缝和热影响区的GTN模型损伤参数,发现传统GTN模型可准确预测中、高应力三轴度时钢材的断裂时刻,但对Lode角参数接近于0的试件,效果略差。  (4)编写VUMAT用户材料子程序,将剪切修正的GTN模型嵌入ABAQUS软件中,实现了Q460高强钢T形焊接接头的断裂模拟,给出了适合焊接接头的剪切损伤参数值。
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