大截面铝合金轴心受压构件的稳定性能研究

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1、大截面铝合金轴心受压构件的稳定性能研究（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：郑韶挺指导教师：王元清教授二〇一七年十一月ResearchontheBucklingBehaviorofLarge-SectionAluminumAlloyColumnsunderUniformAxialCompressionThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEn

2、gineeringbyJeongSoJeongThesisSupervisor:ProfessorWangYuanqingNovember,2017摘要摘要铝是地壳中含量较高的元素之一，具有自重轻（约为钢的三分之一），耐腐蚀性强和外观优美等优点，在工程上的应用也越来越广泛。但同时，铝合金结构的稳定问题较为突出，中国的相关研究起步较晚，目前研究还不太完善，尤其是大截面的铝合金构件。而韩国目前尚无专门的铝合金设计规范，一般按照美国规范来设计。为了推进铝合金的发展和研究，本文通过试验和有限元分析，对截面较大的工字形和箱形铝合金轴心受压构件的稳定性进行了研究

3、。主要研究内容如下所述：（1）通过大量的文献调研总结了铝合金的基本特性、分类和使用情况。概述了韩国铝合金结构的研究现状和工程应用，并针对国内外铝合金轴心受压构件的研究现状，确定了本文的研究目标和方案。（2）通过4组共12个6061-T6铝合金材性试件的拉伸试验，得到材料应力-应变曲线和材料基本参数，为有限元分析提供材性依据。对7个6061-T6大截面铝合金轴心受压长构件，包括4个工字形铝合金柱和3个箱形铝合金柱，进行受压试验。试验前分别测量所有试件的整体几何初始缺陷和整体几何初始缺陷。试验后分析试件破坏形态，并将试件的极限承载力与各国规范计算方法进行

4、对比分析。（3）采用有限元软件ANSYS中的SHELL181单元建立4个工字形柱和3个箱形柱的有限元模型，模型中的材料性能参数和边界条件均依据试验选取，将有限元分析结果与本文试验结果进行对比以验证模型的可靠性。（4）采用ANSYS对244个工字形截面试件和244个箱形截面试件进行有限元参数分析，研究截面类型及尺寸、长细比、材料屈服强度、整体和局部初始缺陷、等因素对于铝合金轴心受压构件整体稳定性的影响。基于限元分析结果，与欧洲规范进行对比，并对Perry-Robertson公式的铝合金轴心受压构件整体稳定系数建议公式进行修正。(5)对2个6061-T6

5、大截面铝合金轴心受压短构件，包括1个工字形铝合金柱和1个箱形铝合金柱，进行了局部稳定试验研究，并建立了相关的有限元模型。经过对比，有限元模型可以很好的模拟试验过程，可以用于日后的大规模参数分析。本文将为铝合金结构的稳定问题提供参考依据，对其安全设计具有指导意义，并将为韩国铝合金结构的发展和研究提供参考。关键词:铝合金轴心受压；稳定性能；试验研究；数值模拟；设计方法IAbstractAbstractAluminumisagreatmetalthatisknownforoneofmanyelementsintheearth’scrust.Ithasave

6、rylightweight,aboutathirdofsteel.Inaddition,theexternalappearanceispleasingtotheeyeandcorrosionresistanceisexcellent.Forthesereasons,aluminumalloystructuresarewidelyusedasastructurematerial.However,theproblemofstabil-itybehaviorofaluminumalloystructureisveryprominent.Also，inChi

7、na,thestudiesonaluminumalloyasastructuralmaterialhavejuststarted.Therearelimitedstudiesonthebuckling,andalmostalltheaboveresearchesfocusedonsmall-sectionaluminumalloymembers.Furthermore,whendesigningaluminumalloystructuresinKorea,itisusedinaccordancewiththeAmericanAluminumDesig

8、nStandard,thereisnoKoreanAluminumdesigncode.Therefore,