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Simulation of ductile fracture initiation in steels using a stress triaxiality-shear stress coupled model 被引量:2
1
作者 Yazhi Zhu Michael D.Engelhardt Zuanfeng Pan 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第3期600-614,共15页
Micromechanics-based models provide powerful tools to predict initiation of ductile fracture in steels. A new criterion is presented herein to study the process of ductile fracture when the effects of both stress tria... Micromechanics-based models provide powerful tools to predict initiation of ductile fracture in steels. A new criterion is presented herein to study the process of ductile fracture when the effects of both stress triaxiality and shear stress on void growth and coalescence are considered. Finite-element analyses of two different kinds of steel, viz. ASTM A992 and AISI 1045, were carried out to monitor the history of stress and strain states and study the methodology for determining fracture initiation. Both the new model and void growth model (VGM) were calibrated for both kinds of steel and their accuracy for predicting fracture initiation evaluated. The results indicated that both models offer good accuracy for predicting fracture of A992 steel. However, use of the VGM leads to a significant deviation for 1045 steel, while the new model presents good performance for predicting fracture over a wide range of stress triaxiality while capturing the effect of shear stress on fracture initiation. 展开更多
关键词 ductile fracture void growth STRESS TRIAXIALITY Shear STRESS ratio ASTM A992 STEEL AISI 1045 STEEL
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A New Void Growth Model for Dynamically Loaded Ductile Materials~*
2
作者 黄筑平 孙立志 《Science China Mathematics》 SCIE 1993年第4期437-448,共12页
In this paper, a new model to describe the dynamic ductile fracture is proposed. The constitutive relation of the elastic-viscoplastic matrix has an overstress form given by previous authors. A dynamic loading surface... In this paper, a new model to describe the dynamic ductile fracture is proposed. The constitutive relation of the elastic-viscoplastic matrix has an overstress form given by previous authors. A dynamic loading surface at constant equivalent strain rate(with the volumetric part also taken into account) is derived and an approximate expression for this dynamic loading surface is suggested. In the case where the porous material element is subjected to spherically symmetric tension, the Carroll-Holt’s model and Johnson’s model are recovered; and in the case where the strain rate sensitivity of the material tends to zero, the Gurson’s model is recovered. Moreover, the normality condition of the plastic strain rate for the dynamic loading surface is discussed, and it is shown that the normality rule is no longer valid in general. Finally, comparisons of this model with the models recently proposed by Pan, Saje and Needleman as well as by Perzyna are also presented. 展开更多
关键词 ductile fracture void growth rate-sensitive material.
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复合型韧性断裂实验和控制参数 被引量:15
3
作者 左宏 陈宜亨 郑长卿 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第5期534-541,共8页
通过对不同韧性材料在各种平面复合载荷形式下裂纹启裂阶段裂端变形、启裂位置和扩展方向的系统的宏微观实验验证及计算分析,考察了韧性断裂参数空穴扩张比的分布特征和裂纹启裂及扩展方向的关系.得到:对于不同韧性的材料,在裂端的... 通过对不同韧性材料在各种平面复合载荷形式下裂纹启裂阶段裂端变形、启裂位置和扩展方向的系统的宏微观实验验证及计算分析,考察了韧性断裂参数空穴扩张比的分布特征和裂纹启裂及扩展方向的关系.得到:对于不同韧性的材料,在裂端的钝化变形区域,空穴扩张比的极大值区对应干裂纹的启裂位置,裂纹启裂时钝化裂端前缘空穴扩张比的临界值不敏感于复合比的变化.而对于裂纹启裂后的扩展方向,则需根据具体材料在相应的特定区域中比较空穴扩张比参数极大值的分布特征,需经进一步的分析,从而确定裂纹的扩展方向.实验及计算结果表明,尽管复合型断裂时裂纹启裂及扩展的机理极其复杂,用于韧性材料复合型断裂的空穴扩张比参数仍能很好地预测裂端的启裂及扩展方向,可作为复合型韧性断裂过程的控制参数. 展开更多
关键词 复合型断裂 韧性断裂 控制参数 裂纹启裂 扩展
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延性材料的损伤断裂 被引量:6
4
作者 张昌锁 张宝平 梁为民 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期115-120,共6页
以细观统计损伤理论为基础 ,对材料受冲击载荷作用下初期损伤的成核成长效应进行了定量计算。得到了不同动载荷作用下从损伤成核到成长阶段转换的特征时间 ,并把它应用于Johnson提出的延性材料的损伤断裂模型 ,减小了原模型中的模型参... 以细观统计损伤理论为基础 ,对材料受冲击载荷作用下初期损伤的成核成长效应进行了定量计算。得到了不同动载荷作用下从损伤成核到成长阶段转换的特征时间 ,并把它应用于Johnson提出的延性材料的损伤断裂模型 ,减小了原模型中的模型参数———初始损伤度的随意性 ,增加了Johnson模型的确定性与可预测性。用改进后的模型计算不同冲击速度下OFHC铜的损伤断裂 ,计算结果与实测结果吻合较好。 展开更多
关键词 延性材料 动态断裂模型 损伤 成核 成长
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高加载率条件下LY12铝合金损伤断裂现象的研究 被引量:2
5
作者 王泽平 黄风雷 +1 位作者 丁(忄敬) 侯敏 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 1993年第1期23-32,共10页
本文以球形实体中含有一球形空穴为基本单元,通过分析单元的受力状态,推导出了一个韧性介质空穴增长模型,模型中考虑了介质的硬化、应变率效应,同时还考虑了惯性效应。在考虑空穴成核效应时,采用了热激活成核机制。对LY12铝合金进行了... 本文以球形实体中含有一球形空穴为基本单元,通过分析单元的受力状态,推导出了一个韧性介质空穴增长模型,模型中考虑了介质的硬化、应变率效应,同时还考虑了惯性效应。在考虑空穴成核效应时,采用了热激活成核机制。对LY12铝合金进行了二维层裂实验,采用本文提出的动态损伤模型,借助于二维Lagrange弹塑性流动有限差分程序对二维层裂实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合较好。 展开更多
关键词 数值模拟 断裂 动态 铝合金 层裂
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基于循环孔洞扩张模型的Q355钢超低周疲劳断裂数值模拟 被引量:3
6
作者 尹越 张松 +1 位作者 韩庆华 马涛 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期246-256,共11页
基于微观断裂力学的循环孔洞扩张模型是进行钢材超低周疲劳断裂分析的有效手段。通过光滑圆棒循环加载试验,确定了Q355钢混合强化模型材料参数;进行了不同加载方式下Q355钢单边缺口试件的超低周疲劳试验,确定了试件的超低周疲劳寿命及... 基于微观断裂力学的循环孔洞扩张模型是进行钢材超低周疲劳断裂分析的有效手段。通过光滑圆棒循环加载试验,确定了Q355钢混合强化模型材料参数;进行了不同加载方式下Q355钢单边缺口试件的超低周疲劳试验,确定了试件的超低周疲劳寿命及其断裂发展过程;建立了单边缺口试件有限元模型,基于有限元分析结果,采用循环孔洞扩张模型对试件的超低周疲劳寿命进行了预测,并通过编写用户子程序,删除断裂单元以模拟试件的断裂扩展过程,对试件的超低周疲劳断裂全过程进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果基本吻合,验证了循环孔洞扩张模型对钢材超低周疲劳断裂全过程数值模拟的适用性。 展开更多
关键词 超低周疲劳 循环孔洞扩张模型 延性断裂 混合强化模型 数值模拟
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三轴应力场中空穴扩张临界值与材料的微观断裂延性 被引量:1
7
作者 孙军 邓增杰 涂铭旌 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1991年第1期25-31,共7页
选用一种球化碳钢的轴对称光滑和不同缺口拉伸试样研究了材料在三轴应力场中的宏、微观断裂延性。基于不同应力三轴性水平下空穴扩张与聚合的特性,给出了一个新的材料微观断裂延性表达式。结合空穴扩张的临界尺寸与断口韧窝几何的三维... 选用一种球化碳钢的轴对称光滑和不同缺口拉伸试样研究了材料在三轴应力场中的宏、微观断裂延性。基于不同应力三轴性水平下空穴扩张与聚合的特性,给出了一个新的材料微观断裂延性表达式。结合空穴扩张的临界尺寸与断口韧窝几何的三维测量结果,证明了在不同的三轴应力水平下,材料微观断裂延性与实测宏观断裂延性之间均有着良好的一致性。从而揭示了材料断裂延性随应力三轴性水平升高而下降的微观机理。 展开更多
关键词 延性 空穴 扩张 断裂 金属材料
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基于钢材单轴拉伸试验的微观断裂模型预测规律分析 被引量:1
8
作者 李万润 郭赛聪 杜永峰 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期958-966,共9页
基于钢材单轴拉伸试验,提出了关于拉伸试验数据和真实应力应变曲线的修正方法.开发了VGM模型和SMCS模型的USDFLD用户子程序,用于微观断裂模型的有限元模拟,分析了应力三轴度对等截面和非等截面构件微观断裂模型预测结果的影响.结果表明... 基于钢材单轴拉伸试验,提出了关于拉伸试验数据和真实应力应变曲线的修正方法.开发了VGM模型和SMCS模型的USDFLD用户子程序,用于微观断裂模型的有限元模拟,分析了应力三轴度对等截面和非等截面构件微观断裂模型预测结果的影响.结果表明,进行等截面构件的本构曲线拟合时应同时考虑颈缩点真实应力和断裂点真实应力的修正.受应力三轴度的影响,在等截面拉伸条件下SMCS模型预测的断裂位移普遍小于VGM模型.非等截面拉伸条件下应力三轴度的变化趋势多样,SMCS模型预测两板相交构件的断裂变形量远大于VGM模型,前者为后者的3.10倍.当拉伸构件存在多个断裂危险点时,VGM模型与SMCS模型的启裂点出现于不同位置处,建议以VGM模型预测位置为准. 展开更多
关键词 拉伸试验 延性断裂 空穴扩张模型 应力三轴度
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16MnR钢裂纹体空穴扩张的有限元分析 被引量:1
9
作者 朱汉兴 李光霞 李长春 《华中理工大学学报》 CSCD 北大核心 1991年第6期9-13,共5页
本文采用弹塑性有限元方法,对16MnR钢的三点弯曲试件进行了应力应变分析,发现空穴扩张比V_G在裂尖前方存在一极大值,且V_G值随COD单调增加,文中指出,对高韧性材料,当裂尖前方V_G~y曲线的极大值达到某一临界值时,可作为主裂纹向前扩展... 本文采用弹塑性有限元方法,对16MnR钢的三点弯曲试件进行了应力应变分析,发现空穴扩张比V_G在裂尖前方存在一极大值,且V_G值随COD单调增加,文中指出,对高韧性材料,当裂尖前方V_G~y曲线的极大值达到某一临界值时,可作为主裂纹向前扩展的判据. 展开更多
关键词 空穴扩张 裂纹 韧性 断裂 16MNR钢
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钢管-节点板T形受弯连接韧性断裂及极限承载力分析
10
作者 尹越 徐丽森 郑力 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2019年第A02期127-133,共7页
建立了钢管-节点板T形连接有限元模型,采用基于微观断裂机制的空穴扩张模型(VGM)对钢管-节点板T形受弯连接进行韧性断裂预测,预测的断裂位置及断裂荷载与试验结果基本一致,验证了空穴扩张模型的断裂判据.结合基于VGM的连续损伤模型,编制... 建立了钢管-节点板T形连接有限元模型,采用基于微观断裂机制的空穴扩张模型(VGM)对钢管-节点板T形受弯连接进行韧性断裂预测,预测的断裂位置及断裂荷载与试验结果基本一致,验证了空穴扩张模型的断裂判据.结合基于VGM的连续损伤模型,编制VUMAT用户子程序,对钢管-节点板T形受弯连接的韧性断裂扩展进行了数值模拟,确定连接的最终失效模式为冲剪作用导致的钢管管壁的撕裂破坏,该失效模式及其对应的极限承载力与试验结果相符.比较了钢管-节点板T形受弯连接发生过大塑性变形和冲剪破坏2种极限状态对应的极限承载力,结果表明所研究的钢管-节点板T形受弯连接的抗弯承载力由其变形极限状态控制. 展开更多
关键词 钢管-节点板T形受弯连接 韧性断裂 极限承载力 空穴扩张模型 断裂扩展
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微孔洞生长对板材拉伸过程中变形局部化的影响
11
作者 孙毅 王铎 《上海力学》 CSCD 1995年第2期87-95,共9页
本文在作者提出的含微孔洞材料下限本构方程的基础上,采用初始缺陷带模型对微孔洞生长及分布对板材拉伸过程中变形局部化的影响进行了分析,着重研究了细观损伤演化规律对变形局部化模式及临界应变的影响,并成功预测了AISI4340钢板材拉... 本文在作者提出的含微孔洞材料下限本构方程的基础上,采用初始缺陷带模型对微孔洞生长及分布对板材拉伸过程中变形局部化的影响进行了分析,着重研究了细观损伤演化规律对变形局部化模式及临界应变的影响,并成功预测了AISI4340钢板材拉伸试件变形局部化失稳应变及失稳方向。 展开更多
关键词 变形局部化 微孔洞生长 板材 金属材料 压力加工
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4D imaging of void nucleation,growth,and coalescence from large and small inclusions in steel under tensile deformation
12
作者 Yi Guo Timothy L.Burnett +3 位作者 Samuel A.McDonald Michael Daly Andrew H.Sherry Philip J.Withers 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第28期168-176,共9页
Samples of SA508 grade 3 nuclear pressure vessel ferritic steel were subjected to tensile straining whilst being simultaneously imaged in 3D in real time using high resolution,high frame rate time-lapse synchrotron co... Samples of SA508 grade 3 nuclear pressure vessel ferritic steel were subjected to tensile straining whilst being simultaneously imaged in 3D in real time using high resolution,high frame rate time-lapse synchrotron computed tomography(CT).This enabled direct observation of void development from nucleation,through growth to coalescence and final failure validating many inferences made post-mortem or by theoretical models,as well as raising new points.The sparse,large inclusions were found to nucleate voids at essentially zero plastic strain(consistent with zero interfacial strength);these became increasingly elongated with straining.In contrast,a high density of small spherical voids were found to nucleate from the sub-micron cementite particles at larger strains(>200%)only in the centre of the necked(high triaxiality)region.An interfacial strength approaching 2100 MPa was inferred and soon after their nucleation,these small voids coalesce to form internal microcracks that lead to the final failure of the specimen.Perhaps surprisingly,under these conditions of generally low triaxial constraint the large voids are simply cut across and appear to play no significant role in determining the final failure.The implications of these results are discussed in terms of ductile fracture behaviour and the Gurson model for ductile fracture. 展开更多
关键词 void growth ductile fracture Synchrotron X-ray tomography 4D imaging Bainitic steel
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T型圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂及极限承载力分析
13
作者 孟文清 张翰阳 尹越 《结构工程师》 2021年第2期27-35,共9页
根据试验建立了T型圆钢管相贯节点有限元模型,采用基于微观断裂机制的循环空穴扩张模型CVGM(cyclic void growth model)对T型圆钢管相贯节点进行韧性断裂预测,预测的断裂位置及断裂荷载与试验结果基本一致,验证了循环空穴扩张模型的准... 根据试验建立了T型圆钢管相贯节点有限元模型,采用基于微观断裂机制的循环空穴扩张模型CVGM(cyclic void growth model)对T型圆钢管相贯节点进行韧性断裂预测,预测的断裂位置及断裂荷载与试验结果基本一致,验证了循环空穴扩张模型的准确性。结合基于CVGM的断裂扩展模型,编制VUMAT用户子程序,对T型圆钢管相贯节点的韧性断裂扩展进行了数值模拟,确定连接的最终失效模式为热影响区的撕裂破坏,该失效模式及其对应的极限承载力与试验结果相符。 展开更多
关键词 T型圆钢管相贯节点 韧性断裂 循环空穴扩张模型 断裂扩展 极限承载力
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16MnR临界空穴扩张比的测试与分析
14
作者 王磊 孙明华 《南通职业大学学报》 2006年第3期65-68,共4页
应用细观力学的观点分析压力容器材料韧性断裂的力学条件,并考察其与断裂参量的关系。在此基础上,对压力容器常用材料16MnR钢的断裂参量进行了测试,结果表明,16MnR钢的宏、细观临界空穴扩张比(VGC)均是不敏感于应力的材料常数,且16MnR... 应用细观力学的观点分析压力容器材料韧性断裂的力学条件,并考察其与断裂参量的关系。在此基础上,对压力容器常用材料16MnR钢的断裂参量进行了测试,结果表明,16MnR钢的宏、细观临界空穴扩张比(VGC)均是不敏感于应力的材料常数,且16MnR钢韧性断裂的早期行为符合R-T模型。此外,还对VGC的测试方法提出了改进。 展开更多
关键词 韧性断裂 压力容器材料 细观力学 临界空穴扩张比
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不同应力状态下40CrNiMoA钢延性断面的分形维数
15
作者 周利 郑长卿 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第4期448-453,共6页
本文利用FPM(Fracture Profile Method)法,测量了40CrNiMoA钢在不同应力状态下发生延性破坏时断裂表面的分形维数,并考察了断面分形维数与断裂应变的关系。结果表明,尽管当应力三维度R_σ从0.86增大至1.52时,断裂应变ε_f自0.37降至0.15... 本文利用FPM(Fracture Profile Method)法,测量了40CrNiMoA钢在不同应力状态下发生延性破坏时断裂表面的分形维数,并考察了断面分形维数与断裂应变的关系。结果表明,尽管当应力三维度R_σ从0.86增大至1.52时,断裂应变ε_f自0.37降至0.15,而断面分维D_F仍保持常值(变化幅度仅为1.3%)。估计这是由于具有不同应力三维度的试样其临界空穴扩张比V_(GC)值基本保持常值的缘故。 展开更多
关键词 分形维数 延性断面 应力状态
全文增补中
CF钢临界空穴扩张比参数的测试研究
16
作者 马若涓 郑长卿 +2 位作者 吴国运 郑秀芳 张桂芳 《实验力学》 CSCD 北大核心 1989年第2期147-154,共8页
本文概要介绍了新的韧断特性参数,即临界空穴扩张比的宏观形式 V_(GC)和细观形式 R_c/R_o 的测试方法及对 CF 钢制试件的实测结果.论述了宏观参数 V_(GC)与细观参数 R_c/R_o 二者的关系.阐明了临界空穴扩张比判据的物理意义.
关键词 CF钢 空穴 扩张比 韧性断裂
全文增补中
40Cr钢韧脆转变的力学行为和断裂形态 被引量:2
17
作者 冯苏宁 《理化检验(物理分册)》 CAS 1994年第2期11-14,62,共5页
研究了300余件40Cr钢轧制态和调质态试样在20℃至—196℃范围内温度与应力对该材料的韧脆转变力学行为和微观断裂机制的影响。得出了宏观断裂参数和微观特征参量之间的某些半经验半定量关系。
关键词 空穴扩张比 断裂 韧脆转变 合金钢
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钢结构焊接连接延性断裂分析
18
作者 蔡亮亮 王玺 +2 位作者 方喆立 吴川 李来委 《钢结构(中英文)》 2024年第3期7-14,共8页
焊接连接是钢结构最主要的连接方式之一,焊接过程中焊缝附近热影响区内的钢材材质可能因金相组织变化而硬化,热影响区内也会存在裂纹等焊接缺陷,因此,热影响区是焊接连接受拉断裂的薄弱环节。为研究梁柱节点和钢梁拼接节点中钢梁受拉翼... 焊接连接是钢结构最主要的连接方式之一,焊接过程中焊缝附近热影响区内的钢材材质可能因金相组织变化而硬化,热影响区内也会存在裂纹等焊接缺陷,因此,热影响区是焊接连接受拉断裂的薄弱环节。为研究梁柱节点和钢梁拼接节点中钢梁受拉翼缘焊接连接热影响区的延性断裂,制作了Q355D钢材十字焊接连接和对接焊接连接试验试件,并对其进行单调拉伸试验研究,分别建立了焊接连接试件的理想有限元模型和在应力集中位置引入钝化缺口的缺陷有限元模型并进行非线性有限元分析,采用孔洞扩张模型预测了焊接连接试件的延性断裂,编制了VUMAT子程序,在有限元分析过程中,依据孔洞扩张模型的断裂判据不断删除断裂失效单元,对焊接连接试件的断裂扩展过程进行了数值模拟,建立了不同大小网格的焊接连接试件有限元模型,对焊接连接试件延性断裂进行了网格敏感性分析。试验结果表明:试验试件达到极限承载力后均在焊接热影响区内发生伴随着明显塑性变形的延性断裂破坏,十字焊接连接试件和对接焊接连接试件的断裂位移分别为15.9,18.3 mm,两种焊接连接具有较好的塑性变形能力;基于理想有限元模型预测的焊接连接断裂位置与试验观察一致,但预测得到两种焊接连接试件的断裂位移分别为30.5,29.1 mm,均明显晚于试验结果,说明缺陷对两种焊接连接试件的延性断裂有较大不利影响;基于缺陷有限元模型预测得到两种焊接连接试件的断裂位移分别为14.9,17.2 mm,与试验结果吻合较好,说明引入钝化缺口是考虑焊接缺陷不利影响的一种可行方法;采用VUMAT子程序进行数值模拟得到的焊接连接试件断裂扩展路径与试验结果基本一致,验证了采用孔洞扩张模型进行钢结构焊接连接延性断裂扩展分析的适用性;网格敏感性分析结果表明,两种焊接连接试件断裂位置处的应力、应变梯度较小,采用较大网格尺寸的有限元模型进行其延性断裂数值分析仍能得到比较准确的结果,且能大幅提高计算效率。 展开更多
关键词 焊接连接 延性断裂 孔洞扩张模型 缺陷 断裂扩展
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基于SMMS模型的钢框架梁柱节点断裂分析 被引量:2
19
作者 李万润 郭赛聪 杜永峰 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期88-94,100,共8页
为了更好地预测钢结构焊接节点的延性断裂,结合空穴扩张模型(VGM)和应力修正临界应变模型(SMCS)的优点,提出了一种应变修正平均应力(SMMS)模型,给出了SMMS模型的推导过程.通过现有的平滑缺口圆棒拉伸试验校准了国产Q345钢材的VGM,SMCS和... 为了更好地预测钢结构焊接节点的延性断裂,结合空穴扩张模型(VGM)和应力修正临界应变模型(SMCS)的优点,提出了一种应变修正平均应力(SMMS)模型,给出了SMMS模型的推导过程.通过现有的平滑缺口圆棒拉伸试验校准了国产Q345钢材的VGM,SMCS和SMMS模型的韧性参数,分析比较了三种模型的特点及计算量大小.最后利用已有的Q345钢材梁柱节点局部焊接拉伸试验对SMMS模型预测钢材延性启裂的有效性展开分析.研究表明:SMMS模型的韧性参数与VGM,SMCS模型类似,在三种平滑缺口圆棒尺寸下的校准结果均比较接近,且其离散系数较小,说明SMMS模型的韧性参数是材料的固有属性;SMMS模型相比VGM模型计算较为简便,相比SMCS模型受应力三轴度的波动影响较小;SMMS模型的延性启裂预测结果与VGM模型较为接近,且与试验值较为相符,表明SMMS模型可用于钢结构焊接节点的延性断裂预测. 展开更多
关键词 钢结构 延性断裂 微观机理 VGM模型 SMMS模型
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