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岩土研究院

钢材循环本构模型

291 2021-07-08 10:18:25

为完整描述钢材的弹塑性反应,需考虑以下几点;①钢材发生的变形是纯弹性变形还是弹塑性变形,即加载准则;②若为弹塑性变形,则需要确定塑性变形的方向,即流动法则;③当加载时,钢材的强化作用会使其弹性区随着应力而改变。这时需要—一定的方法(即强化法则)来确定弹性范围;④为描述塑性加载的历史,还需要定义一些参数,即强化参数;⑤当材料单元发生弹塑性变形时,弹性区将发生改变使流动应力处于弹性区的边界,即塑性理论的一致性条件。

本节借助有限元分析软件 ABAQUS 中的自定义材料功能对试验中的各种循环荷载下应力-应变曲线进行模拟。

对于加载准则,有限元分析中可利用应变增量计算变形是纯弹性还是弹塑性,具体如式(6-5)所示∶

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对于 O460D 钢材,利用试件 H3-2的试验数据,对式(6-6)和式(6-10)中的参数进行标定。由于不同的应变幅将影响试验结果,故这里采用多背应力叠加的方法拟合曲线,选取两种应变幅的参数进行标定,结果如表6-12 所示,有限元和试验结果的比较如图6-15 所示。

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综上所述,高强度钢材循环荷载下的力学性能特征及主要研究结论如下∶(1) Q460C 高强度钢材单调拉伸时的延性较好,单调压缩时的强度高于单调拉伸,但延性变差。在循环荷载作用下发生包辛格效应,各种加载制度下滞回环饱满、稳定,加载历史对滞回性能有一定的影响。试件断口扫描表明为延性断裂。在循环作用下发生循环硬化和软化,各种循环加载制度下的骨架曲线可以用统一的参数标定。

(2) Q460D 高强度钢材仍然具有普通强度钢材在循环加载下的多种特点;屈服点现image.png

象、循环硬化和循环软化、包辛格效应等。O460D高强度钢材在循环荷载下,后期应力逐级达到稳定;在各种加载制度下的滞回环饱满、稳定,表明材料的滞回性能良好;其破坏模式均为延性破坏,变形能力和延性较好,但由于循环加载下塑性损伤积累,使其与单调加载相比延性变差。

(3)基于 Ramberg-Osgood 的模型能够很好地拟合此类高强度钢材的循环加载骨架曲线,且高强度钢材循环骨架曲线和单调曲线基本一致,循环作用导致钢材的硬化提前。

(4)利用试验标定了钢材的材料参数,并结合有限元分析软件 ABAQUS 模拟了各种加载制度下的循环拉压曲线。结果表明有限元计算模型和试验曲线较吻合。 也证明了材料参数的准确性与可靠性,这将有助于进一步研究高强度钢材在地震作用下的应用。