基于屈服 - 断面应力 - 应变关系和微观机制断裂准则的建筑钢材延性断裂模拟
摘要：断裂是钢结构失效的重要模式，而传统的断裂力学很难用于大规模屈服或无缺陷几何形状的韧性断裂预测。本研究为结构钢延性断裂的数值模拟提供了一种手段。对传统的光滑圆棒试件进行的实验研究，重点研究了后缩应变硬化和断裂特性，提出了一个新的实验程序，以明确获得屈服 - 断裂真实应力 - 应变关系，以及断裂应变和相应的应力三向轴度。通过基于有限单元的微观力学研究提出的断裂准则，其中考虑了包括空洞生长和贯通在内的最显着的断裂微观特征。为了校准和验证所提出的断裂准则，还进行了代表高应力三轴度的缺口圆棒试样的测试。讨论了隐式时间积分分析中材料断裂模拟的数值方法，以及采用这种方法时应注意的问题，包括材料软化引起收敛困难的对策和网格尺寸的确定。 DOI：10.1061 /（ASCE）ST.1943-541X.0001970.
美国土木工程师学会。
作者关键词：延性断裂; 结构钢; 样本测试; 塑性模型; 分析和计算。
介绍
断裂是钢结构失效的重要模式。 在1994年的北桥地震中150多座钢结构建筑物中观察到了梁柱连接的断裂（马欣 1998）。次年，神户地震更为严重，造成了始料未及的钢铁建筑物的大量破坏; 在被认定为不可修复的337处严重破坏的钢结构建筑物中，裂缝和断裂被认为是常见的破坏模式（AIJ 1995年）。从结构构件成分上讲，这些钢梁柱连接中的裂缝经常被发现是脆性的（Yam等人2015年; 方先生等人2017年）。然而从材料上，这些裂缝通常在应力集中点或几何不连续点处以（材料）延性模式开始，明显不同于次应力脆性断裂（堀川和Sakino 1995年）。 一般来说，因为建筑用钢是典型的韧性金属，所以没有几何缺陷的钢结构中的断裂通常在产生大量屈服的位置开始。 基于已经存在的宏观裂缝的假定，传统的断裂力学在这种
1以前，博士。 同济大学土木工程学院，上海200092; 同济大学航空航天工程与应用力学学院博士后，上海200092 电子邮件：s.yan@tongji.edu.cn
2上海同济大学土木工程学院教授
200092，中国; 同济大学土木工程防灾国家重点实验室教授，上海200092（通讯作者）。 电子邮件：x.zhao@tongji.edu.cn
3同济大学航空航天工程与应用力学学院副教授，上海200092 电子邮件：a.wu@tongji
.edu.cn
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