网壳结构构件空间滞回性能试验与精细化本构模型研究

论文摘要

网壳结构作为空间结构的主要形式,在近些年取得快速发展,其在动力荷载下的失效机理研究也逐渐成为该领域的研究热点;而圆钢管由于截面合理、施工方便,目前是网壳等大跨空间结构组成杆件的主要选择。受试验及数值计算方法所限,前期研究在材料本构模型的选择上多以理想弹塑性为主,而通过考察网壳等空间结构在动力荷载作用下失效时刻的结构响应可见,结构内部往往发生严重的塑性损伤,此时材料损伤累积已不可忽略,因此,采用精细化的材料本构模型成为准确掌握该类结构强震失效机理的重要环节,对这一领域的深入研究具有重要的作用。本文正是在此背景下,通过对圆钢管开展空间滞回特性的试验研究,获得精细化材料本构模型,并通过开发接口程序实现其应用。本文主要研究内容包括以下几个方面:首先,在多种方案对比的基础上,成功设计了圆钢管空间滞回试验,该试验中的加载装置适用于空间三向加载。试验考虑了构件不同长细比、不同空间加载方案的情况,并设计了加载监测及数据采集系统。然后,通过试验得到不同长细比、不同加载方案下的圆钢管荷载位移滞回曲线,考察了这些试验数据随参数变化的规律。最后,编制基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,对试验进行数值模拟,确定各圆钢管试件材料本构方程中的参数,并通过最小二乘拟合方法,获得了圆钢管考虑损伤累积的本构方程。通过所编制的接口程序进行对比分析表明,数值计算曲线与试验曲线吻合良好,证明该本构方程是准确的,所编制的程序也可用于深入的理论研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.2.1 钢结构损伤理论研究
• 1.2.2 钢构件在循环荷载作用下滞回性能研究
• 1.2.3 圆钢管构件的理论研究
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 试验设计
• 2.1 引言
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试验内容及目的
• 2.2.2 试件设计
• 2.3 试验加载装置设计
• 2.4 试验加载装置方案对比
• 2.5 试验测点布置
• 2.6 试验加载方案
• 2.7 本章小结
• 第3章 构件空间滞回性能试验
• 3.1 引言
• 3.2 数据采集系统及加载制度
• 3.2.1 数据采集系统
• 3.2.2 加载制度
• 3.3 试验稳定性分析
• 3.4 试件试验
• 3.4.1 典型试件破坏模式
• 3.4.2 试件试验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 精细化钢材本构模型建立
• 4.1 引言
• 4.2 材料本构方程
• 4.3 接口子程序开发
• 4.4 精细化材料本构模型确定
• 4.4.1 试验数据处理
• 4.4.2 材料本构方程系数确定
• 4.4.3 本构模型精度验证
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢