Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析.pdf

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1、林云等：Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析林云，王元清，张延年，石永久(1．沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168；2．土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系，北京100084)【摘要】应用ANSYS软件对Q460C高强钢材标准三点弯试样断裂韧性进行弹塑性数值模拟，验证高强钢材常温下的裂纹敏感性。采用实体单元SOLID95计算刀口张开位移、三向应力分布以及裂纹尖端张开位移CTOD值，表明沿试样厚度方向，CTOD值变化较小，靠近裂纹尖端呈三向拉应力状态，偏离尖端一定距离呈复杂的应力状态，且复杂应力较大限制了裂纹尖端的

2、塑性发展；不考虑低温影响因素时，缺陷对Q460C钢材的影响较大，当裂纹塑性发展后，Q460C钢材表现为较大的缺陷敏感性。【关键词】Q460c钢材；断裂韧性；弹塑性；有限元分析【中图分类号】TU391【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)02—0001—04FEMANALYSISONFRACTURETOUGHNESSOFQ460CHIGH-STRENGTHSTEELLINYun，WANGYuan—qing，ZHANGYan．nian，SHIYong-jiu(1．SchoolofCivilEngineering，ShenyangJianzhuUniversity，Sheny

3、ang110168，China；2．KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilityofChinaEducationMinistry，DepartmentofCivilEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)。Abstract：It’Snecessarytostudyontheelasto—plasticfractureperformanceofthestandardthreepointbendspecimenot‘Q460chighstrengthconstructionst

4、eel，byANSYSfiniteelementsoftware．ThecracksensitivityofQ460Csteelatroomtemperaturewasproved．Theanalysiswasmadeondisplace—mentsofnotch，three-dimensionalstressesaswellascracktipopeningdisplacementbysolid95ele-ments．TheCTODvalueschangedslightlyalongthicknessofspecimens．Whilenexttothecracktip，therewast

5、hree·dimensionaltensilestressstate．However，thereconvertedtocomplexstresswhileitde—viatedfromthetipacertaindistance．Withoutconsideringthetemperaturefactor，itimpactedontough—nessofQ460Csteelgreatlywasitsdefect．Afterplasticitydevelopmentofthecrack，Q460Csteelshowedgreatersensitivitytodefects．Keywords：

6、Q460Csteelstructure；fracturetoughness；elasto-plastic；finiteelementanalysis高强度钢材以其较高结合强度与韧性的特点作为高性1．1建模能钢材，在建筑结构中较早被引进；随着热处理工艺及轧制三点弯试验中，试件裂纹a的最后3mm为预制疲劳裂技术的发展，特别是热机械控制工艺在制造钢材中的应用，纹，其尖端的曲率半径卜+0，可近似为理想裂纹。采用AN—高强度钢材的综合力学性能不断得到改善，逐渐符合大跨、SYS软件对常温下三点弯Q460C试样建立三维模型，进行了高层结构轻质高强高延性的要求，使其在建筑行业中的应有限元模拟及数值分析，以

7、便与试验数据进行比较J，并试用拥有广阔的前景“J。文中对文献[5]的高强度结构钢图获得Q460C高强钢：防理想裂纹端的应力应变场分布状况。材Q460C三点弯试件(常温下)进行基于弹塑性断裂力学的根据实际试验试件量测情况，取图1为计算几何模型，参数如有限元模拟分析。线弹性断裂力学主要从应力强度与能量下：长度140mm，宽度28mm，厚度14mm，跨距112mm，刀口高角度来分析裂纹尖端的应变应力场，局限于脆断分析，而当3m