Q460D結(jié)構(gòu)鋼的斷裂機制研究.pdf

1、高強度結(jié)構(gòu)鋼具有良好的結(jié)構(gòu)強度、易于連接和機械化制造、可靠性等特點，已廣泛使用于建筑結(jié)構(gòu)、橋梁工程、塔桅結(jié)構(gòu)等相關(guān)工程領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)鋼的斷裂會導(dǎo)致嚴(yán)重的社會問題，因此該類鋼材的斷裂現(xiàn)象已成為建筑工程界關(guān)注的研究熱點。為了探索我國Q460D低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在不同應(yīng)力三軸度和Lode參數(shù)狀態(tài)下的延性斷裂性能，獲取眾多延性斷裂準(zhǔn)則中的斷裂參數(shù)，本論文分別開展軸對稱平滑圓棒和切口圓棒拉伸試驗、軸對稱圓柱壓縮試驗、平板切口拉伸試驗及平板槽口拉伸試驗

2、，對試件斷口進行掃描電鏡觀察和顯微組織金相分析，并對試件進行ABAQUS有限元模擬分析。
　　結(jié)合試驗和ABAQUS有限元模擬分析，校準(zhǔn)我國Q460D結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)力修正臨界應(yīng)變模型（SMCS）參數(shù)?、空穴擴展模型（VGM）的參數(shù)?以及廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)斷裂預(yù)測分析中的Rice-Tracey延性斷裂準(zhǔn)則。同時依據(jù)ABAQUS有限元收集到的試件斷裂起始位置處的應(yīng)力三軸度，Lode角參數(shù)和斷裂應(yīng)變數(shù)據(jù)，探究了應(yīng)力三軸度和Lode角參數(shù)對Q4

3、60D結(jié)構(gòu)鋼斷裂過程的影響，并繪制出Q460D結(jié)構(gòu)鋼的等效斷裂應(yīng)變?f-應(yīng)力三軸度?二維斷裂路徑和等效斷裂應(yīng)變?f-應(yīng)力三軸度?-Lode角參數(shù)?的三維斷裂路徑。
　　研究結(jié)果表明：
　　（1）Q460D結(jié)構(gòu)鋼切口圓棒和平板槽口試件的屈服應(yīng)力和極限應(yīng)力隨切口鋒利度的增加而增加，其韌性隨切口鋒利度的增加而顯著降低；同時在給定的加載速率下Q460D結(jié)構(gòu)鋼對應(yīng)變速率并不敏感，說明應(yīng)變速率對鋼材的影響可以不予考慮；
　?。?）

4、高應(yīng)力三軸度狀態(tài)下的切口圓棒拉伸斷裂表現(xiàn)為典型的微孔聚合型韌性斷裂，微觀結(jié)構(gòu)為穿晶斷裂；純剪切作用下平板切口試件的斷裂形式呈脆性穿晶解理斷裂；低應(yīng)力三軸度狀態(tài)下的拉剪切平板切口試件斷口呈復(fù)合微孔型斷裂，微觀結(jié)構(gòu)呈撕裂韌窩；平面應(yīng)變狀態(tài)下的斷口表面凹凸不平，斷口韌窩處夾雜促使斷口呈沿晶韌窩型斷裂；
　　（3）圓棒拉伸斷裂時鐵素體和珠光體發(fā)生聚合變形呈拋物線狀；純剪切斷裂時組織變?yōu)閹铋L條形，變形多發(fā)生在鐵素體和珠光體的邊界；拉剪切斷

5、裂時鐵素體變得粗大和異狀，珠光體變得細(xì)??；平面應(yīng)變狀態(tài)下斷裂時整個組織呈長條狀聚合；
　?。?）校準(zhǔn)了我國Q460D結(jié)構(gòu)鋼SMCS斷裂模型參數(shù)和VGM斷裂模型參數(shù)，校準(zhǔn)的結(jié)果顯示當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼的韌性增大時，其斷裂參數(shù)也會相應(yīng)地增加；同時校準(zhǔn)了Rice-Tracey斷裂準(zhǔn)則，發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼處在不同的Lode角參數(shù)狀態(tài)時，其斷裂應(yīng)變趨勢也會發(fā)生不同的變化；
　　（5）Q460D結(jié)構(gòu)鋼的初始應(yīng)力三軸度隨著切口半徑的減小而增加。在相同的Lo