殘余應(yīng)力和損傷對焊接厚板組合構(gòu)件的力學(xué)性能影響的研究.pdf

1、焊接厚板組合構(gòu)件由于其輕質(zhì)高強，力學(xué)性能良好而在高層建筑結(jié)構(gòu)，大跨橋梁，核反應(yīng)殼以及航空母艦等重大工程中廣泛應(yīng)用。厚鋼板由于加工制造中存在分層偏析，焊接過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力以及在荷載作用下?lián)p傷累積，容易發(fā)生層狀撕裂及脆性斷裂等破壞現(xiàn)象。目前關(guān)于焊接厚板構(gòu)件考慮損傷與殘余應(yīng)力的研究很少，嚴(yán)重制約了厚板構(gòu)件的設(shè)計理論發(fā)展以及工程應(yīng)用。通過研究殘余應(yīng)力與累積損傷對焊接厚板組合構(gòu)件力學(xué)性能的影響，有助于深入認識厚板構(gòu)件力學(xué)性能及其破壞特征，為工程

2、設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文以厚鋼板為研究對象，通過建立殘余應(yīng)力和累積損傷模型，借助通用有限元軟件ABAQUS的UMAT二次開發(fā)平臺，研究了殘余應(yīng)力與累積損傷對構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的靜、動力學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容可分為三部分。
　　首先，本文研究了殘余應(yīng)力對焊接厚板及箱型厚板構(gòu)件在純彎及拉伸荷載作用下靜力及滯回性能的影響。提出了通過折減構(gòu)件熱影響區(qū)的屈服強度來考慮殘余應(yīng)力影響的簡化方法，解決了當(dāng)前施加

3、殘余應(yīng)力的方法復(fù)雜，不便于在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的難題，通過算例與已有文獻中的方法進行對比驗證，結(jié)果表明，這種簡化方法具有較好的精度。
　　其次，本文將損傷變量作為累積塑性應(yīng)變的函數(shù)，耦合到金屬的彈塑性本構(gòu)理論中，并推導(dǎo)出損傷演化模型。借助ABAQUS的UMAT二次開發(fā)接口，編制了實體單元及梁單元的理想彈塑性損傷本構(gòu)子程序，研究了累積損傷對焊接厚板及箱型厚板構(gòu)件在純彎及壓彎荷載作用下滯回性能的影響;
　　最后，基于本文提出的殘余應(yīng)力簡

4、化方法及損傷模型，研究了損傷與殘余應(yīng)力共同作用對焊接厚板及箱型厚板構(gòu)件在純彎及壓彎荷載作用下滯回性能的影響，以及損傷與殘余應(yīng)力共同作用對厚板框架在循環(huán)靜力推覆荷載與地震荷載作用下力學(xué)性能的影響。
　　研究表明，殘余應(yīng)力可使得構(gòu)件提前進入塑性，但由于塑性重分布的作用，殘余應(yīng)力對構(gòu)件承載能力和滯回性能的影響很小。而材料累積損傷會造成構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的剛度退化，滯回環(huán)面積減小，耗能能力降低。在殘余應(yīng)力與損傷的共同作用下，累積損傷對構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的