【摘要】：鋼結構以其材料的強度高,塑性和韌性好的特點被廣泛應用在各種建筑中。但鋼結構在受到諸如地震荷載破壞后,往往需要一段時間才能得到修復,在該段時間內(nèi)就會發(fā)生應變時效效應。應變時效效應會改變鋼材的力學性能:強度和硬度提高,而塑性和韌性顯著下降,而力學性能的變化會影響鋼結構的繼續(xù)服役能力,因此有必要研究應變時效對鋼材基本力學性能的影響,為研究應變時效對整體結構受力性能的影響提供依據(jù)。應變時效是油、氣等輸送管道的鋼管在成型、制造、使用過程中普遍存在的一個特殊問題,尤其是應變時效脆化給管道帶來的危害,增大了管道發(fā)生脆性破壞的可能,近幾年來,在管道領域備受關注。國內(nèi)學者對應變時效的大部分研究是通過測得應變時效前后鋼材的沖擊吸收能量來計算鋼材的應變時效敏感系數(shù),而對應變時效對鋼材的力學性能的影響的研究還不夠深入,因此,本文在應變時效對Q345鋼力學性能的影響方面進行了深入的研究。本文針對Q345鋼材進行了應變時效的試驗和理論分析,研究Q345鋼在不同的預應變和時效后力學性能的變化。試驗設計了三種不同的試件,分別為標準單調拉伸試件、標準拉壓循環(huán)試件和對接焊縫試件。其中,標準單調拉伸試件和標準拉壓循環(huán)試件是基于Q345鋼材本身進行的應變時效影響性試驗,目的是研究Q345鋼經(jīng)過應變時效后在不同的加載方式下力學性能的改變。考慮到實際鋼結構中焊縫的存在,本文還對帶對接焊縫的試件進行了應變時效影響性試驗,研究應變時效前后對接焊縫試件力學性能的變化,彌補以往只對鋼材本身進行應變時效的研究,而缺乏對接焊縫試件應變時效研究的不足。本文基于Q345鋼及其對接焊縫試件應變時效試驗研究,分析了應變時效對Q345鋼及其對接焊縫基本力學性能的影響;基于試驗結果,采用Ramberg-Osgood模型對應變時效影響后的Q345鋼應力-應變曲線進行擬合分析,建立了經(jīng)不同應變時效因素影響后的Q345鋼材本構關系模型。研究結果如下:(1)標準單調拉伸試件在經(jīng)過應變時效處理后,屈服強度和抗拉強度提高,屈強比提高并最終穩(wěn)定在0.9左右,極限應變和斷裂應變下降,結構發(fā)生脆性破壞的可能性提高。標準單調拉伸試件預應變?yōu)?2.5%,時效為14天的試件其抗拉強度提高10%,極限應變下降46%,斷裂應變下降33%。(2)標準拉壓循環(huán)試件在經(jīng)過應變時效處理后,滯回曲線由未應變時效的飽滿形狀到經(jīng)過應變時效處理后的狹長型的滯回曲線,且預應變和時效越大,滯回曲線捏縮越嚴重,耗能能力顯著下降,抗震性能較差。(3)對接焊縫試件的力學性能的變化與標準單調拉伸試件相似,屈服強度和抗拉強度提高,極限應變和斷裂應變下降。對接焊縫能夠比較真實的反映真實鋼結構在實際工程中受損壞后其力學性能的變化,雖然其屈服強度和抗拉強度顯著提高,但極限應變和斷裂應變下降顯著,尤其是預應變?yōu)?0%時,其斷裂應變下降近50%,表明應變時效效應顯著增大了結構發(fā)生脆性破壞的可能。(4)提高預應變和時效均能對Q345鋼的力學性能產(chǎn)生一定程度的影響,且提高預應變引起的Q345鋼的力學性能的改變大于增加時效引起的Q345鋼力學性能的改變,相比較時效,提高預應變對Q345鋼力學性能的改變更顯著。(5)基于經(jīng)應變時效影響后的Q345鋼應力-應變關系曲線無明顯屈服平臺的特點,采用適用于無明顯屈服點材料的Ramberg-Osgood模型對試驗數(shù)據(jù)進行擬合,建立考慮應變時效影響的Q345鋼本構關系模型。結果表明,本文所建立本構模型得到的應力-應變曲線與試驗曲線較為一致,該本構模型能夠較好的描述經(jīng)應變時效影響的Q345鋼材應力-應變關系。研究成果能夠為應變時效對鋼結構整體受力性能影響有限元分析,以及考慮應變時效影響的鋼結構設計提供依據(jù)。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU391
【圖文】：

應變時效過程中位錯釘扎和脫釘過程示意圖

試件如圖2.3 所示，單調拉伸后的應力-應變曲線如圖 2.4 所示。鋼材的材性試驗依據(jù)我國規(guī)范《金屬材料拉伸試驗室溫試驗方法》[75]，在青島理工大學力學實驗室萬能試驗機進行單向拉伸試驗，通過計算機記錄數(shù)據(jù)得到 Q345 鋼的各項力學性能。圖 2.3 材性試件照片圖 2.4 標準單調拉伸試件單調拉伸后 曲線2.2.3 試驗加載標準單調拉伸試件和對接焊縫試件加載的全過程均采用位移控制，試件在達到屈服強度前拉伸速率為 3mm/min，達到屈服強度后拉伸速率為 6mm/min。標準拉壓循環(huán)試件關于應變?yōu)榱銓ΨQ加載，等應變增量 0.006 對稱逐級加載，先拉

標準單調拉伸試件單調拉伸后曲線

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1 史巨杰，柳曾典，李培寧;應變時效對失效評定圖和斷裂評定的影響[J];沈陽化工學院學報;1994年01期

2 王其閔;章熙康;;α

本文編號：2773345