Q460D結構鋼的斷裂機制研究.pdf

1、高強度結構鋼具有良好的結構強度、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構、橋梁工程、塔桅結構等相關工程領域。結構鋼的斷裂會導致嚴重的社會問題，因此該類鋼材的斷裂現(xiàn)象已成為建筑工程界關注的研究熱點。為了探索我國Q460D低合金高強度結構鋼在不同應力三軸度和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。
　　結合試驗和ABAQUS有限元模擬分析，校準我國Q460D結構鋼的應力修正臨界應變模型（SMCS）參數(shù)?、空穴擴展模型（VGM）的參數(shù)?以及廣泛應用于鋼結構斷裂預測分析中的Rice-Tracey延性斷裂準則。同時依據(jù)ABAQUS有限元收集到的試件斷裂起始位置處的應力三軸度，Lode角參數(shù)和斷裂應變數(shù)據(jù)，探究了應力三軸度和Lode角參數(shù)對Q4

3、60D結構鋼斷裂過程的影響，并繪制出Q460D結構鋼的等效斷裂應變?f-應力三軸度?二維斷裂路徑和等效斷裂應變?f-應力三軸度?-Lode角參數(shù)?的三維斷裂路徑。
　　研究結果表明：
　?。?）Q460D結構鋼切口圓棒和平板槽口試件的屈服應力和極限應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結構鋼對應變速率并不敏感，說明應變速率對鋼材的影響可以不予考慮；
　?。?）

4、高應力三軸度狀態(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，微觀結構為穿晶斷裂；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；低應力三軸度狀態(tài)下的拉剪切平板切口試件斷口呈復合微孔型斷裂，微觀結構呈撕裂韌窩；平面應變狀態(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；
　?。?）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??；平面應變狀態(tài)下斷裂時整個組織呈長條狀聚合；
　?。?）校準了我國Q460D結構鋼SMCS斷裂模型參數(shù)和VGM斷裂模型參數(shù)，校準的結果顯示當結構鋼的韌性增大時，其斷裂參數(shù)也會相應地增加；同時校準了Rice-Tracey斷裂準則，發(fā)現(xiàn)當結構鋼處在不同的Lode角參數(shù)狀態(tài)時，其斷裂應變趨勢也會發(fā)生不同的變化；
　　（5）Q460D結構鋼的初始應力三軸度隨著切口半徑的減小而增加。在相同的Lo