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1、考慮損傷累積效應(yīng)的鑄鋼材料本構(gòu)模型研究TheStudyofMaterialConstitutiveModelforCastSteelConsideringtheEffectofDamageAccumulation國家杰出青年科學(xué)基金項目（51525803）科技部國家重點研發(fā)計劃課題項目（2016YFC0701103）國家自然科學(xué)基金青年項目（51308386）學(xué)科專業(yè)：土木工程作者姓名：黃倩文指導(dǎo)教師：韓慶華教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一七年十一月摘要從損傷力學(xué)角度來講，在外部荷載作用下，材料內(nèi)部微細結(jié)構(gòu)將發(fā)生變
2、化，產(chǎn)生微裂紋、微孔洞等損傷。材料的損傷累積效應(yīng)將引起材料宏觀物理力學(xué)性能逐漸劣化，即材料剛度及強度降低，最終導(dǎo)致材料破壞。在循環(huán)荷載作用下，材料損傷累積效應(yīng)更加顯著，需要更加精細化的材料本構(gòu)模型才能對結(jié)構(gòu)性能展開精確模擬，因此建立考慮損傷累積效應(yīng)的材料本構(gòu)模型是十分必要的。為研究循環(huán)荷載作用下，材料損傷累積效應(yīng)對材料宏觀物理力學(xué)性能的影響，本文提出了一種新型損傷模型以考慮強化階段等效塑性應(yīng)變對材料剛度及強度的影響，基于此建立了考慮損傷累積效應(yīng)的材料本構(gòu)模型。其次，編寫了ABAQUS材料用戶子程序VUMAT，通過
3、數(shù)值模擬調(diào)用材料本構(gòu)子程序，實現(xiàn)了所提出的本構(gòu)模型在有限元中的應(yīng)用。通過數(shù)值模擬與材料滯回性能試驗滯回曲線對比，驗證了材料用戶子程序的正確性以及考慮損傷累積效應(yīng)的材料本構(gòu)模型的適用性?；贠penSEES平臺，采用纖維梁單元及HystereticMaterial本構(gòu)模型對材料滯回性能試驗進行數(shù)值模擬，并通過與試驗數(shù)據(jù)進行誤差分析，提出了損傷參數(shù)的建議取值。最后，通過鑄鋼材料滯回性能試驗獲得鑄鋼材料損傷參數(shù)，提出鑄鋼材料損傷本構(gòu)模型，綜合鋼材及鑄鋼材料損傷本構(gòu)理論與試驗研究提出材料損傷本構(gòu)模型實施方法。本文主要結(jié)論
4、如下：1）本文考慮強化階段等效塑性應(yīng)變增量對材料剛度和強度的影響，提出了一種損傷變量模型，更能精細化地模擬材料損傷累積效應(yīng)。2）將改進的損傷變量作為材料本構(gòu)方程內(nèi)變量，引入到材料彈塑性本構(gòu)模型中，對材料彈性模量及屈服強度進行衰減，提出了考慮損傷累積效應(yīng)的材料本構(gòu)模型。經(jīng)驗證，材料本構(gòu)模型的適用性良好，可實現(xiàn)材料在循環(huán)荷載作用下由于損傷累積效應(yīng)導(dǎo)致的材料宏觀力學(xué)性能的劣化。3）開展了G20Mn5QT鑄鋼材料滯回性能試驗。試驗所獲得滯回曲線飽滿，說明鑄鋼材料具有較強的耗能能力。確定鑄鋼材料損傷參數(shù)β、?1及?2分別為
5、0.0051、0.1248及0.2562，并建立了鑄鋼材料考慮損傷累積效應(yīng)的本構(gòu)模型，其極限拉應(yīng)力數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果誤差在10%以內(nèi)。關(guān)鍵詞：鑄鋼材料，損傷累積效應(yīng)，損傷變量，材料本構(gòu)模型，滯回性能試驗IABSTRACTAsforthetheoryofdamagemechanism,thechangeofthematerialmicrostructureofthematerialwouldproducethedamagesuchasmicrocrackandmicrovoidduetoexternalload
6、.Thedamageaccumulationofthematerialwillfurtherleadtothedeteriorationofthemechanicalbehaviorofthematerial.Itisshownthattheelasticmodulusandyieldstrengthwilldecreaseandfinallythematerialwillfail.Therefore,itisverysignificanttoinvestigatetheinfluenceofdamageaccu
7、mulationonthematerialbehaviorundercyclicloading.Itisnecessarytobuildafinermaterialconstitutivemodelconsideringthedamageaccumulationeffectwhentheanalysisofthestructurebehaviorisconducted.Inordertostudytheinfluenceoftheeffectofdamageaccumulationonthemechanicalb
8、ehaviorofmaterialundercyclicloading,anewdamagemodelconsideringtheinfluenceoftheequivalentplasticstrainincrementonthestiffnessandstrengthofthematerialinthehardeningstageisputforward.Thenam
