金属结构超低周疲劳断裂评估与应用研究

本书共分为四大部分。第一部分包含第2章和第3章，阐述结构钢在大塑性应变范围内直至断裂的行为，并建立适当的塑性模型，塑性模型参数标定方法的特点是仅通过简单的单调拉伸材性试件试验结果。第二部分为第4章和第5章，阐述了结构钢在单调加载下的延性断裂机理，如何建立合理、简洁的断裂模型，以满足材料断裂模型参数易于标定的要求。通过单调拉伸试验以及光滑和带缺口材性试验，验证了所提断裂模型的合理性。第三部分，即第6章和第7章，主要是对超低周疲劳加载下钢材和铝合金材料进行断裂评估。第四部分，即第8章，阐述塑性模型和断裂模型的应用，对钢和铝合金构件、节点和结构在强震循环大塑性应变加载下的超低周疲劳性能进行评估。

第2章描述了结构钢在大塑性应变范围内的真实应力-真实应变行为。进行单调材性试验，并提出颈缩后获取真实应力和真实应变的简单方法。

第3章采用沙漏形材性试样对结构钢进行循环加载试验，研究几种经典金属循环塑性模型的性能和局限性。对选定的塑性模型进行适当的改进，较好地模拟了结构钢在断裂前的循环塑性行为。通过简单的材性试验，研究了单调加载和循环加载下金属塑性特性之间的相关关系，同时采用单调拉伸试验结果对金属循环塑性模型的参数进行了标定。

第4章介绍了结构钢在单调加载作用下的延性断裂机理。建立了考虑裂纹萌生的简单断裂模型，并用几种结构钢带缺口试件的单调拉伸试验结果对该裂纹萌生模型进行了验证。文中还提出了一种利用裂纹萌生规律，仅用拉伸材性试验结果标定断裂模型参数的简单方法。

第5章提出了一种在单调加载下包含裂纹萌生和扩展准则的延性断裂模型。该裂纹扩展准则仅有一个参数，即断裂能。提出了一种用单调拉伸试验结果标定裂纹扩展参数的方法。通过我国高强钢Q460的试验和数值结果的对比，验证了该断裂模型的有效性和相应标定方法的合理性。

第6章介绍了结构钢在变幅超低周疲劳加载下的延性断裂机理，提出了一种超低周疲劳断裂模型来评价结构钢在不同变幅大塑性循环加载下的延性断裂性能。对于单调加载的情况，所提循环断裂模型与单调断裂模型是一致的。然后，通过对比第2章中的循环材性试验和相应的数值模拟结果，验证了该循环断裂模型在变幅大塑性循环加载下的适用性。同时利用单调拉伸材性试验对塑性模型和循环断裂模型的参数进行了标定。(www.xing528.com)

第7章和第8章给出了上述循环塑性模型和循环断裂模型在超低周疲劳加载下钢构件、钢节点中的应用。对不同加载方式下的热处理钢方管短柱、薄壁梁柱节点进行了试验研究。此外，还利用塑性模型和循环断裂模型对上述试件进行了数值模拟。数值计算结果验证了塑性模型和循环断裂模型对金属结构构件和结构超低周疲劳断裂预测的适用性。

第9章和第10章介绍了超低周疲劳加载下铝合金材料和构件的延性断裂机理及相应的评价方法。提出并验证了仅利用屈服应力、抗拉强度和伸长率等代表性的力学参数获得相关塑性模型参数的方法。第6章提出的循环断裂模型不能准确评价铝在等幅超低周加载下的延性断裂性能。本章提出了一种新的评价铝合金结构延性裂纹萌生的循环断裂模型。同样，对于单调加载的情况，该循环断裂模型也与单调断裂模型一致。通过对比沙漏形铝合金试件的循环加载试验和相应的数值模拟结果，验证了所提循环断裂模型的合理性。

第11章介绍了本书得出的主要结论和所采用方法的局限性，并在此基础上总结了金属结构超低周疲劳断裂领域尚需进一步研究工作。

塑性模型在超低周疲劳断裂评估中起着重要作用，附录中描述了所提出的改进的Yoshida-Uemori模型的实现方法，供读者参考，其中合适的算法对于确保高非线性断裂数值分析的准确性、效率和收敛性至关重要。