基于微觀斷裂模型的梁柱節(jié)點的斷裂行為研究.pdf

1、金屬材料在最終斷裂前，其內(nèi)部會形成一些諸如微孔洞、微裂紋等的細微觀層面上的損傷。韌性金屬材料的斷裂首先由于第二相粒子自身的碎裂，或者第二相粒子和材料基質(zhì)界面的分離會使得孔洞形核。然后，隨著載荷的增加，孔洞體積和形狀逐漸擴張。當孔洞周圍的塑性變形增加到一定程度時，孔洞之間會形成局部剪切帶，進而導致孔洞逐漸聚合，貫通，最后形成宏觀裂紋。GTN模型基于這樣一種孔洞的演化機制，采用孔洞體積分數(shù)的幾個參數(shù)定量地描述了孔洞隨著加載的體積變化直到形成

2、宏觀裂紋。影響韌性金屬材料斷裂的兩大主要原因分別是塑性應變和應力三軸度。VGM和SMCS模型把孔洞的擴張聚合作為影響孔洞演化過程的最為主要的步驟，它們分別綜合考慮了塑性應變和應力三軸度的影響，可以作為評判材料斷裂失效的準則。
　　本文將這三種基于細微觀機制的斷裂模型用于帶有缺口的圓棒試件的單向拉伸試驗的模擬和梁柱的全焊節(jié)點、栓焊節(jié)點的斷裂行為的預測。通過模擬兩種缺口尺寸的圓棒試件的單向拉伸試驗，并結合已有試驗分析了GTN模型中各個

3、參數(shù)對最終斷裂結果的影響，標定出了Q345鋼材對于GTN模型的材料參數(shù)。結果發(fā)現(xiàn)該模型中的形核孔洞體積分數(shù)會影響材料的承載力，導致承載力下降，臨界孔洞體積分數(shù)和斷裂失效孔洞體積分數(shù)會影響材料的斷裂點，臨界孔洞體積分數(shù)越大，斷裂點會相對靠后，斷裂失效孔洞體積分數(shù)越大，材料失效后承載力下降的越慢。對于梁柱的全焊節(jié)點和栓焊節(jié)點，應用VGM和SMCS兩種斷裂模型模擬節(jié)點在沒有宏觀初始裂紋下受到單調(diào)荷載作用時的斷裂行為。預測了兩種節(jié)點類型的斷裂位

4、置和斷裂區(qū)的發(fā)展，結果表明在梁下翼緣的焊縫兩端會出現(xiàn)斷裂，斷裂區(qū)沿著焊縫的長度方向發(fā)展。觀察斷裂指標沿焊縫長度方向的分布，發(fā)現(xiàn)焊縫兩端的斷裂指標明顯高于中間區(qū)域，下翼緣焊縫的斷裂指標的大小要大于上翼緣焊縫。對比了兩種節(jié)點類型的最先失效單元和梁的上翼緣焊縫端部單元的應變、應力三軸度、斷裂指標隨著加載的變化。結果表明，全焊節(jié)點中兩種單元的等效塑性應變隨位移增長的曲線相一致，上翼緣焊縫端部單元的應力三軸度增長相對最先失效單元較慢，這兩種單元的