鋁合金擠壓構(gòu)件破壞機(jī)理與設(shè)計(jì)方法研究項(xiàng)目摘要

基于薄壁構(gòu)件屈曲理論，結(jié)合試驗(yàn)研究、數(shù)值方法和理論分析，探討鋁合金擠壓構(gòu)件破壞機(jī)理，并研究適用于各類型鋁合金擠壓構(gòu)件的、基于全截面分析的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)材性試驗(yàn)與各類型構(gòu)件試驗(yàn)，研究鋁合金材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、構(gòu)件屈曲模式與破壞機(jī)理，探討熱影響區(qū)對(duì)材料力學(xué)性能及構(gòu)件承載能力的影響；建立準(zhǔn)確反映鋁合金構(gòu)件力學(xué)性能的有限元模型，通過(guò)參數(shù)分析研究影響鋁合金構(gòu)件力學(xué)性能的各要素；以試驗(yàn)研究和數(shù)值分析為基礎(chǔ)，結(jié)合鋁合金擠壓構(gòu)件屈曲理論，研究有效截面形心偏移、熱影響區(qū)所導(dǎo)致的殘余應(yīng)力分布以及初始缺陷對(duì)構(gòu)件力學(xué)性能和破壞模式的影響；結(jié)合國(guó)際先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，開發(fā)基于全截面分析的、適用于各類型鋁合金擠壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行可靠度分析，實(shí)現(xiàn)工程實(shí)際應(yīng)用。其研究成果將推動(dòng)新材料、先進(jìn)設(shè)計(jì)理念在土木工程中的應(yīng)用，具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用前景。 2100433B

目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的土木工程結(jié)構(gòu)中占有極其重要的地位，并且隨著材料科學(xué)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)跨度和高度的增加以及結(jié)構(gòu)形式的多樣化，使得結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸越來(lái)越大、承載能力越來(lái)越高、受力越來(lái)越復(fù)雜。由于受試驗(yàn)研究條件和認(rèn)識(shí)水平的限制，對(duì)這些受力復(fù)雜的大尺寸、高承載的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)破壞機(jī)理以及力學(xué)性能的研究還很不足，更不系統(tǒng)，在對(duì)這些大尺寸構(gòu)件的設(shè)計(jì)中還只能依據(jù)和參考基于小尺寸構(gòu)件研究成果建立起來(lái)的設(shè)計(jì)理論和方法、公式，這實(shí)際上是一種沒有堅(jiān)實(shí)科學(xué)依據(jù)的外推。本課題通過(guò)不同尺寸特別是大尺寸鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞試驗(yàn)和理論分析，研究其破壞機(jī)理，得到鋼筋混凝土大尺寸構(gòu)件的力學(xué)性能參數(shù)以及覆蓋大尺寸的尺寸效應(yīng)規(guī)律，對(duì)現(xiàn)行基于小試件研究結(jié)果的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法或相關(guān)參數(shù)提出修正，建立覆蓋大尺寸的考慮混凝土尺寸效應(yīng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法，提高大尺寸鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)科學(xué)性和合理性。

通過(guò)對(duì)不同尺寸特別是大尺寸鋼筋混凝土梁、柱及其節(jié)點(diǎn)的受彎、受剪、軸壓、偏壓和抗震性能的試驗(yàn)和理論分析，揭示了其破壞機(jī)理，得到了鋼筋混凝土大尺寸構(gòu)件的力學(xué)性能參數(shù)以及覆蓋大尺寸的尺寸效應(yīng)規(guī)律。提出了混凝土破壞過(guò)程及宏觀力學(xué)性能研究的細(xì)觀單元等效化力學(xué)模型，建立了混凝土變形及破壞過(guò)程研究的三維細(xì)觀單元等效化力學(xué)模型，更真實(shí)、更直觀的研究了混凝土材料的內(nèi)部破壞過(guò)程及宏觀力學(xué)性能?；诨炷聊z凝體與骨料、混凝土與鋼筋界面參數(shù)和混凝土、約束混凝土材料試件尺寸效應(yīng)的研究結(jié)果，編制了細(xì)觀層次鋼筋混凝土有限元分析程序，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件破壞試驗(yàn)結(jié)果以及構(gòu)件尺寸效應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。在試驗(yàn)和理論分析基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)行基于小試件研究結(jié)果的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法或相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為建立更為科學(xué)、合理、可靠的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法奠定了基礎(chǔ)。 2100433B

薄壁不銹鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用日趨廣泛，然而針對(duì)其各類失穩(wěn)性能的研究尚不完善。薄壁構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論近年來(lái)也取得了新進(jìn)展。本課題工作重點(diǎn)為薄壁不銹鋼壓彎構(gòu)件的耦合穩(wěn)定承載力及基于新設(shè)計(jì)理論的設(shè)計(jì)方法研究，作為相關(guān)的基礎(chǔ)性研究工作還涵蓋了不銹鋼受彎構(gòu)件純畸變失穩(wěn)破壞及設(shè)計(jì)方法、空翼緣構(gòu)件整體-畸變耦合失穩(wěn)性能研究。 開展了卷邊C型不銹鋼截面僅受畸變失穩(wěn)控制時(shí)的破壞性能研究，進(jìn)行了冷軋板材材性測(cè)試、幾何缺陷高精度測(cè)量、側(cè)向限位彎曲試驗(yàn)。基于ABAQUS開發(fā)了精細(xì)化數(shù)值模型、以試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)并展開參數(shù)分析。結(jié)合試驗(yàn)及模擬數(shù)據(jù)總結(jié)畸變失穩(wěn)承載力隨材性、截面形式、截面柔度的變化規(guī)律，探討了以受壓翼緣與腹板交界處的應(yīng)變監(jiān)測(cè)判斷畸變失穩(wěn)點(diǎn)的實(shí)用方法。以直接強(qiáng)度法擬合得到了適用于C型和Z型不銹鋼構(gòu)件畸變失穩(wěn)承載力的設(shè)計(jì)公式。相關(guān)成果已發(fā)表國(guó)際會(huì)議論文一篇，另有兩篇期刊文章已完稿。以上述精細(xì)化模型為基礎(chǔ)進(jìn)行拓展參數(shù)分析，研究不銹鋼空翼緣截面畸變-整體耦合失穩(wěn)性能，探討該類構(gòu)件耦合失穩(wěn)的設(shè)計(jì)方法，相關(guān)成果已發(fā)表國(guó)際會(huì)議論文一篇。 不銹鋼壓彎構(gòu)件耦合失穩(wěn)研究包括系列精細(xì)化試驗(yàn)、數(shù)值建模及參數(shù)分析、設(shè)計(jì)理論及方法研究。試驗(yàn)選取卷邊C形、I型及矩形截面構(gòu)件，分別反映局部-整體、畸變-整體耦合失穩(wěn)效應(yīng)。試驗(yàn)中引入鋼材材性、截面柔度、構(gòu)件柔度、等效加載偏心等變化因素。受國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供應(yīng)情況限制，前期規(guī)劃的低鎳雙相體S32101不銹鋼小批量采購(gòu)始終未能實(shí)現(xiàn)，只得采用雙向體S32205板材替代。試驗(yàn)所用的專用加載、缺陷測(cè)量裝置均有較高精度要求、需專門加工。上述工作過(guò)程中若干非預(yù)期因素造成試驗(yàn)研究進(jìn)度滯后于計(jì)劃，當(dāng)前有一部分構(gòu)件試驗(yàn)仍在進(jìn)行中。數(shù)值建模和設(shè)計(jì)理論研究也同步進(jìn)行，已梳理壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)理論框架及兩種具體設(shè)計(jì)思路。相關(guān)成果目前已申請(qǐng)發(fā)明專利一件，一篇期刊文章撰稿中，后續(xù)研究成果還將有2~3篇論文發(fā)表。 2100433B