轴向冲击下Z型冷弯钢构件动力失稳研究
Research on Dynamic Instability of Z-section Cold-formed Steel Members under Axial Impact
冷弯钢构件具有轻质高强等优点,被人们广泛的应用于建筑结构中,甚至用于军事工程领域,这些结构都可能遭受冲击载荷的作用.但是,对于常见的开口截面冷弯钢构件动态冲击下的失稳研究国内外都很少见,这对可能遭遇动态冲击的钢结构工程的设计和施工带来不便,使得冷弯钢结构的设计和规范仅局限在静态条件下.为了推动冷弯钢结构向动态领域发展,有必要研究冷弯钢构件在动态冲击下的失稳过程和影响因素.本论文以屈服强度为345MPa的Z型冷弯钢构件和G550级镀铝锌高强Z型冷弯钢构件为研究对象,首先采用MTS810万能材料试验机和HTM-5020高速拉伸机得到了实验钢在应变率10-4102s-1范围内的力学性能,考虑试验钢的应变率效应拟合出钢材的Johnson-Cook本构模型;并采用场发射电子扫描显微镜对拉伸断裂后的试件进行了断口形貌分析.然后利用有限条软件(CUFSM)设计了构件在静态轴压条件下最先发生畸变屈曲时的尺寸,并且利用WAW-2000万能材料试验机对构件进行轴压试验,得到了构件的极限承载力与残余变形.最后在大型落锤冲击试验平台上对Z型冷弯薄壁钢构件进行了落锤冲击试验,分析冲击过程中构件的失稳变形和锤头的速度变化过程;并采用商用有限元分析软件ABAQUS结合实验钢的材料本构模型建立了能反映落锤试验冲击过程的有限元模型,考虑了应变率效应、几何非线性和试样的初始缺陷,得到冲击力时程曲线、锤头的速度时程曲线、构件顶端腹板、翼缘和卷边质点的位移时程曲线、速度时程曲线和应力波在构件中的传播过程,通过分析试样的残余变形和仿真得到的各个时程曲线可以得到以下结论:Z型冷弯薄壁钢构件在动态冲击过程中伴随着动态屈曲的发生,并且随着冲击力的增大,构件会在动态屈曲的基础上发生屈服变形,同时应力波的传播与构件的动态屈曲相耦合,使得动态屈曲发生阶跃.冲击过程中还发现某些尺寸的构件卷边和翼缘容易发生失稳而与锤头分离,需要优化设计其尺寸,必要时需添加相应的约束.
- 作者：
- 李发超
- 学位授予单位：
- 宁波大学
- 专业名称：
- 工程力学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 朱珏；赵银海
- 中图分类号：
- TU392.1
- 关键词：
- Z型冷弯钢构件；落锤；轴向冲击；Johnson-Cook模型；应变率
- Z-section cold-formed steel member; drop hammer; axial impact; Johnson-Cook model; strain rate;