铝合金挤压构件破坏机理与设计方法研究

基于薄壁构件屈曲理论，结合试验研究、数值方法和理论分析，探讨铝合金挤压构件破坏机理，并研究适用于各类型铝合金挤压构件的、基于全截面分析的设计方法。通过材性试验与各类型构件试验，研究铝合金材料应力应变关系、构件屈曲模式与破坏机理，探讨热影响区对材料力学性能及构件承载能力的影响；建立准确反映铝合金构件力学性能的有限元模型，通过参数分析研究影响铝合金构件力学性能的各要素；以试验研究和数值分析为基础，结合铝合金挤压构件屈曲理论，研究有效截面形心偏移、热影响区所导致的残余应力分布以及初始缺陷对构件力学性能和破坏模式的影响；结合国际先进设计理念，开发基于全截面分析的、适用于各类型铝合金挤压构件的设计方法，并进行可靠度分析，实现工程实际应用。其研究成果将推动新材料、先进设计理念在土木工程中的应用，具有重要的理论价值和工程应用前景。 2100433B

目前，钢筋混凝土结构在我国的土木工程结构中占有极其重要的地位，并且随着材料科学的发展、结构跨度和高度的增加以及结构形式的多样化，使得结构的构件尺寸越来越大、承载能力越来越高、受力越来越复杂。由于受试验研究条件和认识水平的限制，对这些受力复杂的大尺寸、高承载的钢筋混凝土结构构件的真实破坏机理以及力学性能的研究还很不足，更不系统，在对这些大尺寸构件的设计中还只能依据和参考基于小尺寸构件研究成果建立起来的设计理论和方法、公式，这实际上是一种没有坚实科学依据的外推。本课题通过不同尺寸特别是大尺寸钢筋混凝土构件的破坏试验和理论分析，研究其破坏机理，得到钢筋混凝土大尺寸构件的力学性能参数以及覆盖大尺寸的尺寸效应规律，对现行基于小试件研究结果的钢筋混凝土结构设计理论与方法或相关参数提出修正，建立覆盖大尺寸的考虑混凝土尺寸效应的钢筋混凝土结构设计理论与方法，提高大尺寸钢筋混凝土构件的设计科学性和合理性。

通过对不同尺寸特别是大尺寸钢筋混凝土梁、柱及其节点的受弯、受剪、轴压、偏压和抗震性能的试验和理论分析，揭示了其破坏机理，得到了钢筋混凝土大尺寸构件的力学性能参数以及覆盖大尺寸的尺寸效应规律。提出了混凝土破坏过程及宏观力学性能研究的细观单元等效化力学模型，建立了混凝土变形及破坏过程研究的三维细观单元等效化力学模型，更真实、更直观的研究了混凝土材料的内部破坏过程及宏观力学性能。基于混凝土胶凝体与骨料、混凝土与钢筋界面参数和混凝土、约束混凝土材料试件尺寸效应的研究结果，编制了细观层次钢筋混凝土有限元分析程序，对钢筋混凝土构件破坏试验结果以及构件尺寸效应规律进行了数值模拟分析。在试验和理论分析基础上，对现行基于小试件研究结果的钢筋混凝土结构设计理论与方法或相关参数进行了评价，为建立更为科学、合理、可靠的钢筋混凝土结构设计方法奠定了基础。 2100433B

薄壁不锈钢结构构件应用日趋广泛，然而针对其各类失稳性能的研究尚不完善。薄壁构件的设计理论近年来也取得了新进展。本课题工作重点为薄壁不锈钢压弯构件的耦合稳定承载力及基于新设计理论的设计方法研究，作为相关的基础性研究工作还涵盖了不锈钢受弯构件纯畸变失稳破坏及设计方法、空翼缘构件整体-畸变耦合失稳性能研究。 开展了卷边C型不锈钢截面仅受畸变失稳控制时的破坏性能研究，进行了冷轧板材材性测试、几何缺陷高精度测量、侧向限位弯曲试验。基于ABAQUS开发了精细化数值模型、以试验数据进行校准并展开参数分析。结合试验及模拟数据总结畸变失稳承载力随材性、截面形式、截面柔度的变化规律，探讨了以受压翼缘与腹板交界处的应变监测判断畸变失稳点的实用方法。以直接强度法拟合得到了适用于C型和Z型不锈钢构件畸变失稳承载力的设计公式。相关成果已发表国际会议论文一篇，另有两篇期刊文章已完稿。以上述精细化模型为基础进行拓展参数分析，研究不锈钢空翼缘截面畸变-整体耦合失稳性能，探讨该类构件耦合失稳的设计方法，相关成果已发表国际会议论文一篇。 不锈钢压弯构件耦合失稳研究包括系列精细化试验、数值建模及参数分析、设计理论及方法研究。试验选取卷边C形、I型及矩形截面构件，分别反映局部-整体、畸变-整体耦合失稳效应。试验中引入钢材材性、截面柔度、构件柔度、等效加载偏心等变化因素。受国内市场供应情况限制，前期规划的低镍双相体S32101不锈钢小批量采购始终未能实现，只得采用双向体S32205板材替代。试验所用的专用加载、缺陷测量装置均有较高精度要求、需专门加工。上述工作过程中若干非预期因素造成试验研究进度滞后于计划，当前有一部分构件试验仍在进行中。数值建模和设计理论研究也同步进行，已梳理压弯构件设计理论框架及两种具体设计思路。相关成果目前已申请发明专利一件，一篇期刊文章撰稿中，后续研究成果还将有2~3篇论文发表。 2100433B