III目錄TOC\o"1-2"\h\u27729摘要 I3835Abstract II16420目錄 Ⅲ25038緒論 -1-240151.1選題的背景及意義 -1-14061.2高強(qiáng)鋁合金材料的特點(diǎn)和應(yīng)用 -1-131651.3鋁合金短柱高溫性能的研究現(xiàn)狀 -3-55831.4本文的主要研究?jī)?nèi)容 -4-20912有限元模型的建立 -5-90852.1建模假設(shè) -5-321312.2CHS模型建立 -5-86893有限元模型的驗(yàn)證 -8-148093.1常溫下圓形空心截面鋁合金的軸心受壓 -8-195793.2高溫下SHS和RHS高強(qiáng)鋁合金的軸壓模擬 -11-19733.3本章小結(jié) -16-138474參數(shù)化分析 -16-77915計(jì)算方法的評(píng)估 -22-40645.1對(duì)歐洲規(guī)范的評(píng)估 -22-279815.2對(duì)CSM連續(xù)強(qiáng)度法的評(píng)估 -24-277036結(jié)論 -27-25756參考文獻(xiàn) -29-5-1.1選題的背景及意義我們知道，在土木工程的應(yīng)用中，鋼材和鋼筋混凝土材料是兩大最常用的材料，但是鋼筋混凝土材料自身有著不可避免的缺陷，例如：自重大，結(jié)構(gòu)抗裂性較差，大部分構(gòu)件在正常使用時(shí)往往帶裂縫工作等，而鋼材在遇水受潮后則會(huì)生銹，使其承載能力降低并且會(huì)嚴(yán)重影響建筑物的壽命，而鋁合金材料則有著他們不具備的巨大優(yōu)勢(shì)，于是在世界上的應(yīng)用也愈加廣泛。REF_Ref30802\r\h[1]在1808年，人類首次在實(shí)驗(yàn)室電解還原得到鋁這種材料。而在1908年，我們發(fā)明出電工鋁合金1050這種材料，并制成鋼芯鋁絞線，這為高壓遠(yuǎn)程輸電的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)后，鋁合金的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。在1943年，6063合金及7075合金被美鋁公司發(fā)明，這代表了我們制造高強(qiáng)度鋁合金的開(kāi)始。在20世紀(jì)80年代至今，鋁合金開(kāi)始逐漸應(yīng)用于生活、軍事、科技方面，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，性能也不斷提升REF_Ref31533\r\h[2]。近些年來(lái)，在大跨結(jié)構(gòu)和高層建筑中，普通強(qiáng)度的鋁合金顯然已經(jīng)不足以滿足我們的需求，所以高強(qiáng)度鋁合金在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛?；馂?zāi)是現(xiàn)代最常見(jiàn)也是最危險(xiǎn)的災(zāi)害之一，而這種材料的力學(xué)性能對(duì)高溫非常敏感，其楊氏模量、屈服強(qiáng)度等在高溫下都有不同程度的退化，怎樣去預(yù)測(cè)這些參數(shù)在高溫下的變化過(guò)程，成為現(xiàn)在研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。我國(guó)在過(guò)去的幾十年中，對(duì)高溫下鋁合金短柱進(jìn)行了大量的研究，并且有一定的成果產(chǎn)出，但是在高溫下CHS高強(qiáng)度鋁合金短柱的研究這一塊仍舊是一片空白，為了能夠在火災(zāi)中準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)CHS高強(qiáng)度鋁合金力學(xué)性能的退化程度以及其形變程度，防止建筑物坍塌破壞，最大程度地保障生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)高溫下CHS鋁合金短柱的研究已經(jīng)迫在眉睫。基于上述背景，本文通過(guò)對(duì)ABAQUS軟件的使用，對(duì)高溫下CHS高強(qiáng)度鋁合金短柱進(jìn)行了簡(jiǎn)單的數(shù)值分析，并且通過(guò)對(duì)歐洲規(guī)范的評(píng)估，提出改進(jìn)建議。1.2高強(qiáng)鋁合金材料的特點(diǎn)和應(yīng)用1.2.1高強(qiáng)鋁合金材料特點(diǎn)我們都知道，在鋁中加入一種合金元素，可以使其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生改變，而銅、鋅、硅、錳等合金元素是常常用于鋁合金的元素。由于鋁合金輕質(zhì)高強(qiáng)，可塑性好，耐腐蝕，施工方便和造價(jià)低等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)上的運(yùn)用日益廣泛。鋁合金的密度低，強(qiáng)度超過(guò)鋼材，塑性好，并且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，是不可多得的優(yōu)質(zhì)材料。鋁合金和鋼材的應(yīng)力應(yīng)變曲線有所不同，鋁合金具有圓整的應(yīng)力－應(yīng)變響應(yīng)，沒(méi)有明確的屈服點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，應(yīng)變也很小，此時(shí)材料仍處于線性彈性狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)力增加到一定水平時(shí)，應(yīng)變開(kāi)始增大；當(dāng)應(yīng)力接近臨界值時(shí)，應(yīng)變值也會(huì)隨之增大，但當(dāng)超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，材料會(huì)破壞。圖1-2鋁合金的應(yīng)力應(yīng)變圖但是隨著大跨結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)的發(fā)展，普通鋁合金顯然已經(jīng)不能滿足人們的需求，高強(qiáng)度鋁合金的應(yīng)用逐漸變得廣泛起來(lái)。因?yàn)殇X合金的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、加工方法和凝固方式等各不相同，所以不同的合金之間性能差異會(huì)各不相同，而經(jīng)過(guò)幾十年的研究我們發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、加工性能好及焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)，通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不懈努力，我們對(duì)高強(qiáng)度鋁合金的研究也有了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并且極大地促進(jìn)了高強(qiáng)度鋁合金在大跨結(jié)構(gòu)、航空航天工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。當(dāng)今世界，在危害人類生命財(cái)產(chǎn)的各種自然或是人為的災(zāi)害中，火災(zāi)是最常見(jiàn)、最危險(xiǎn)和最具毀滅性的災(zāi)害之一。高強(qiáng)度鋁合金的抗火能力較差，在高溫下，高強(qiáng)度鋁合金的楊氏模量、屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度都會(huì)有著不同程度的退化，一旦發(fā)生火災(zāi)，構(gòu)件在高溫下力學(xué)性能的退化會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生不同程度的變形，構(gòu)件變形嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的倒塌、傾覆，對(duì)人類的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的危害。對(duì)于7A04-T6鋁合金，當(dāng)溫度高于200℃時(shí)，楊氏模量和強(qiáng)度急劇下降，在400℃時(shí)，強(qiáng)度下降到室溫值的5%以下REF_Ref31625\r\h[11]。1.2.2鋁合金材料的應(yīng)用在人類高速發(fā)展的這幾十年間，隨著材料技術(shù)和冶金工程的不斷進(jìn)步，人們對(duì)鋁合金的性能不斷進(jìn)行發(fā)展和改良，比如提高材料的強(qiáng)度、耐火性、耐久性、抗疲勞性和耐腐蝕性，中國(guó)近些年開(kāi)發(fā)出的幾種新型鋁合金材料也廣泛地應(yīng)用于各種建筑，比如：大跨度空間結(jié)構(gòu)、橋梁、輸電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架、快速組裝結(jié)構(gòu)和其他有特定要求的結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)度鋁合金由于其出色的物理和化學(xué)性能，在眾多領(lǐng)域都有廣泛地應(yīng)用。高強(qiáng)度鋁合金在汽車制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如，3003、6061、5052等合金常被用于制造汽車車身、車架、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等部件。這些應(yīng)用不僅提高了汽車的安全性，還有助于提高燃油經(jīng)濟(jì)性。高強(qiáng)度鋁合金可以通過(guò)鑄造、冷擠壓、熱擠壓、拉伸、焊接和切割等多種制造工藝進(jìn)行加工，從而制造出各種形狀和規(guī)格的零件和部件，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。目前我國(guó)已經(jīng)基本上建成了世界領(lǐng)先的高強(qiáng)度鋁合金加工和生產(chǎn)基地以下是鋁合金在橋梁工程中的應(yīng)用，幾個(gè)經(jīng)典案例如圖1-2所示，隨著高強(qiáng)度鋁合金的出現(xiàn)，如今鋁合金不單單可以用于橋面和橋梁局部受力構(gòu)件，還可以用于橋梁的主體機(jī)構(gòu)，并且可以同時(shí)兼顧美觀和質(zhì)量。如：杭州的慶春路人行天橋和北京的西單人行天橋REF_Ref30802\r\h[1]。（a）杭州，慶春路人行天橋（b）北京，西單人行天橋圖1-2鋁合金在橋梁工程中的應(yīng)用鋁合金在空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用中，幾個(gè)經(jīng)典案例如圖1-3所示，2010年來(lái)，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)科學(xué)家的不斷努力，鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在我國(guó)快速發(fā)展，由之前簡(jiǎn)單一致的造型慢慢發(fā)展成為不規(guī)則的曲面造型或是具有特定設(shè)計(jì)的造型，如：南京牛首山佛頂宮和上海辰山植物園。南京牛首山佛頂宮（b）上海辰山植物園圖1-3鋁合金在空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用1.3鋁合金短柱高溫性能的研究現(xiàn)狀針對(duì)鋁合金在高溫下的性能研究現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)的研究開(kāi)展較晚。從2007年才開(kāi)始陸陸續(xù)續(xù)展開(kāi)相關(guān)研究，我們通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值分析得到了部分型號(hào)的鋁合金材料的在高溫下的各項(xiàng)參數(shù)，當(dāng)時(shí)的研究材料主要集中于6061-T6型號(hào)鋁合金。在2006年，香港大學(xué)Zhu和YoungREF_Ref31729\r\h[3]為了研究焊接對(duì)鋁合金柱的影響，于是對(duì)兩端固定的6053-T5和6061-T6鋁合金圓形空心截面短柱進(jìn)行了軸壓試驗(yàn)，并且得出了相關(guān)結(jié)論。在2014年，同濟(jì)大學(xué)的GuoREF_Ref31991\r\h[4]等人對(duì)國(guó)產(chǎn)鋁合金6061-T6制成的工字型截面、圓形空心截面、方形空心截面、T型截面和L形截面鋁合金構(gòu)件進(jìn)行了軸壓實(shí)驗(yàn)。在2015年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的WangREF_Ref32010\r\h[5]等人為了重點(diǎn)研究了目前設(shè)計(jì)規(guī)則的可靠性，于是對(duì)6082-T6鋁合金空心截面短柱進(jìn)行了軸壓試驗(yàn)，并且得出了相關(guān)結(jié)論。而天津大學(xué)李振宇REF_Ref32023\r\h[6]等人為了研究鋁合金圓形空心截面構(gòu)件的軸壓穩(wěn)定性能，對(duì)12個(gè)7A04-T6鋁合金圓形空心截面構(gòu)件進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，最后提出了7A04鋁合金大長(zhǎng)細(xì)比圓管構(gòu)件的軸壓穩(wěn)定系數(shù)建議計(jì)算公式。通過(guò)這些典型試驗(yàn)以及其他試驗(yàn)，我們雖然對(duì)鋁合金軸壓性能的研究工作取得了一定的進(jìn)展，但是對(duì)鋁合金材料在高溫下力學(xué)性能的研究仍不完善，僅僅對(duì)建筑常用鋁合金在常溫下進(jìn)行分析研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，對(duì)于其他種類鋁合金的研究仍是空白，對(duì)鋁合金在高溫下相關(guān)的研究成果也較少。國(guó)外對(duì)高溫下鋁合金的相關(guān)性能研究起步較早，所以已經(jīng)得出了相關(guān)結(jié)論，對(duì)鋁合金材料高溫下力學(xué)性能的研究較為完善，形成了屬于自己的一套系統(tǒng)。GaleREF_Ref32046\r\h等REF_Ref32046\r\h[7]為了研究證明鋁合金材料的線性膨脹系數(shù)與牌號(hào)無(wú)關(guān)，做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并且得出了鋁合金線性熱膨脹系數(shù)計(jì)算式。Khalifa等REF_Ref32098\r\h[8]為了得出AA6063鋁合金在高溫下的力學(xué)性能參數(shù)，對(duì)擠壓態(tài)AA6063鋁合金材料進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)和受彎試驗(yàn)。MaljaarsREF_Ref32118\r\h[9]對(duì)Dorn和HarmathyREF_Ref32134\r\h[10]提出的考慮材料入編效應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系模型產(chǎn)生了猜想，并且采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，最后得到了鋁合金材料高溫下的本構(gòu)關(guān)系。Maljaaars等REF_Ref32154\r\h[11]通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與夠周規(guī)范的對(duì)比還指出，鋁合金的高溫強(qiáng)度受蠕變變形的影響，對(duì)于5XXX系列鋁合金，歐洲規(guī)范所給出的預(yù)測(cè)名義屈服強(qiáng)度偏于不安全。目前，國(guó)外相關(guān)規(guī)范對(duì)鋁合金高溫力學(xué)性能參數(shù)已經(jīng)有了較為詳細(xì)的規(guī)定。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究的對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)度鋁合金在高溫下較為敏感，尤其是強(qiáng)度和楊氏模量下降較快，而且現(xiàn)有的研究大多集中在碳素鋼和普通強(qiáng)度鋁合金，對(duì)高強(qiáng)度鋁合金的研究較少，對(duì)高溫下高強(qiáng)度鋁合金的研究更是少之又少?；诟邚?qiáng)度鋁合金在高溫下的力學(xué)性能和普通鋁合金不同，其楊氏模量更快的退化速率會(huì)造成高強(qiáng)度鋁合金在火災(zāi)下的局部屈曲行為，世界上對(duì)此的研究還比較籠統(tǒng)，而且之前并沒(méi)有對(duì)CHS高強(qiáng)度鋁合金短柱的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，所以CHS高強(qiáng)度鋁合金短柱在高溫下的行為的研究是必不可少的一部分。1.4本文的主要研究?jī)?nèi)容基于國(guó)內(nèi)外對(duì)高溫下鋁合金的相關(guān)研究背景和研究現(xiàn)狀，本文圍繞軸心受壓構(gòu)件的局部屈曲，ABAQUS有限元分析以及相關(guān)計(jì)算規(guī)范的評(píng)估三個(gè)方面開(kāi)展了以下工作：（1）以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，通過(guò)ABAQUS對(duì)CHS鋁合金短柱進(jìn)行三維建模，從部件的構(gòu)件到屬性的添加到裝配、分析步、相互作用，再到添加載荷，最后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，輸入指令進(jìn)行作業(yè)，得到基本的高溫下7A04-T6鋁合金短柱的相關(guān)圖像。（2）通過(guò)兩個(gè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)案例來(lái)進(jìn)行ABAQUS建模參數(shù)化分析，對(duì)ABAQUS有限元分析的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估。一是高溫下方形截面鋁合金短柱的軸壓實(shí)驗(yàn)；二是常溫下CHS鋁合金短柱的軸壓實(shí)驗(yàn)。再選取多組典型的參數(shù)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行改變，通過(guò)參數(shù)化分析得到多組相關(guān)數(shù)據(jù)。（3）通過(guò)有限元分析得到的數(shù)據(jù)對(duì)歐洲規(guī)范和CMS進(jìn)行評(píng)估，改進(jìn)，提出合理建議。通過(guò)ABAQUS軟件建立了7A04-T6鋁合金短柱在火災(zāi)下的有限元模型，考慮了熱膨脹、材料和幾何非線性。2.1建模假設(shè)本研究利用有限元分析軟件ABAQUS建立了CHS鋁合金短柱在火災(zāi)中的數(shù)值模型。由材料實(shí)驗(yàn)得出的模型參數(shù)以及各項(xiàng)材料參數(shù)為例進(jìn)行建模，模型中采用了四節(jié)點(diǎn)縮減積分通用殼單元（S4R），該單元已經(jīng)成功地用于模擬類似結(jié)構(gòu)單元的火災(zāi)性能，對(duì)于網(wǎng)格尺寸的劃分，我們選擇近似全局尺寸：4。在非線性屈曲分析中需要考慮材料塑性造成的影響，我們需要把拉伸試驗(yàn)中測(cè)得的工程應(yīng)力和工程應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變。工程應(yīng)力和工程應(yīng)變轉(zhuǎn)換成真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變的轉(zhuǎn)換公式如下REF_Ref32722\r\h[13]:σtrueεture將轉(zhuǎn)變后得出的真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線輸入到ABAQUS中。采用殼單元建模的構(gòu)件兩端截面上具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)。我們添加參考點(diǎn)1（0,0,L）和參考點(diǎn)2（0,0，0）通過(guò)MPC約束，將兩端截面（x=L，x=0）的平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度分別連接到參考點(diǎn)1（x=L,y=0,z=0）和2（x=0,y=0,z=0）。這確保了在參考點(diǎn)定義的所有邊界條件均勻地轉(zhuǎn)移到整個(gè)截面。使U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0，以約束RP2的x、y、z方向的平移自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度;使U1=U2=UR1=UR2=UR3=0，RP1在y和z方向上的平移自由度和在x、y、z方向上的旋轉(zhuǎn)自由度。對(duì)RP1施加z方向的軸向位移，除加載端軸向平動(dòng)自由度，所有自由度均受到限制。溫度場(chǎng)的設(shè)定與試驗(yàn)保持一致。本文數(shù)值模擬過(guò)程分為三步：（1）選取通用殼單元進(jìn)行CHS三維建模，輸入各項(xiàng)力學(xué)性能參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。（2）創(chuàng)建分析步，首先進(jìn)行CHS局部屈曲的分析。（3）改變分析步，使用非線性屈曲分析步，輸入溫度場(chǎng)，進(jìn)行迭代計(jì)算，分析CHS在高溫下的力學(xué)性能。2.2CHS模型建立首先使用殼單元-拉伸，繪制草圖，試件的名義長(zhǎng)度L被選為三個(gè)截面直徑長(zhǎng)度D，以防止整體屈曲。取L=300mm,D=100mm,t=6mm。試件的材料特性如表2-1所示，創(chuàng)建材料，輸入彈性行為、塑性行為以及膨脹行為。接著創(chuàng)建截面，選擇均值殼，輸入厚度為6mm。最后指派截面，將Part-1裝配。裝配后的構(gòu)件如2-1所示。楊氏模量泊松比膨脹系數(shù)參數(shù)69700MPa0.32.56E-5表2-1鋁合金的材料參數(shù)圖2-1ABAUQS中裝配后的構(gòu)件圖像創(chuàng)建分析步：Step-1，線性攝動(dòng)-屈曲。請(qǐng)求的特征值個(gè)數(shù)為5，用在每次迭代的向量個(gè)數(shù)為10個(gè)，最大迭代次數(shù)為300次。創(chuàng)建MPC約束為綁定，在RP-1處添加集中載荷為CF1=CF2=0,CF3=1，在分析步添加分布載荷位移/轉(zhuǎn)角。使U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0，以約束RP2的x、y、z方向的平移自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度;RP1在y和z方向上的平移自由度和在x、y、z方向上的旋轉(zhuǎn)自由度，U1=U2=UR1=UR2=UR3=0.對(duì)RP1施加z方向的軸向位移，除加載端垂直過(guò)渡外，所有自由度均受到限制。添加荷載后的構(gòu)件如圖2-2所示。圖2-2ABAQUS中添加完荷載后的構(gòu)件圖像選擇近似全局尺寸為4進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后進(jìn)行作業(yè)。得到的位移云圖如2-3所示。此時(shí)得到了沒(méi)有溫度場(chǎng)下的CHS高強(qiáng)度鋁合金短柱的局部屈曲位移云圖。我們可以得出最大應(yīng)變?yōu)?.084mm。圖2-3構(gòu)件局部屈曲的位移云圖然后我們對(duì)模型1進(jìn)行復(fù)制，得到model1-copy，將Step-1刪除，重新添加Step-1和Step-2，這時(shí)選擇靜力，通用和靜態(tài)，Riks。在載荷一欄修改邊界條件，將U3=1,在initial添加溫度場(chǎng)，數(shù)值為20°C，在Step-1修改為300，進(jìn)行作業(yè)分析，分析結(jié)果如圖2-4和2-5所示。此時(shí)我們就得到了溫度從20°C提升到300°C的位移云圖和應(yīng)力云圖。我們可以得出最大應(yīng)變?yōu)?3.71mm，最大應(yīng)力為598.3MPa。圖2-4構(gòu)件在溫度場(chǎng)下的位移云圖圖2-5構(gòu)件在溫度場(chǎng)下的應(yīng)力云圖本章利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)軸心受壓圓形空心截面鋁合金短柱的整體穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值分析，驗(yàn)證建模方法以及分析方法的準(zhǔn)確性。通過(guò)在常溫下圓形空心截面鋁合金短柱的軸壓試驗(yàn)結(jié)果和高溫下SHS和RHS高強(qiáng)鋁合金的軸壓試驗(yàn)結(jié)果與ABAQUS有限元數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證ABAQUS有限元分析軟件所建模型以及分析方法數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。3.1常溫下圓形空心截面鋁合金的軸心受壓通過(guò)引用吉林大學(xué)陳麗暉博士論文中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)REF_Ref30802\r\h[1]，在ABAQUS有限元分析軟件中進(jìn)行建模以及分析，對(duì)圓形空心截面鋁合金短柱局部穩(wěn)定性試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并且得出相關(guān)數(shù)值結(jié)論，圓形空心截面鋁合金短柱的幾何建模以及分析思路均與第2章基本相同。通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證圓形空心截面鋁合金短柱有限元數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。構(gòu)件的幾何參數(shù)與力學(xué)參數(shù)如表3-1所示。本文未測(cè)量短柱的幾何初始缺陷，有限元模擬中的局部幾何初始缺陷幅值規(guī)定為圓管構(gòu)件的容許偏差D/500，參考我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB20205）。通過(guò)有限元分析，我們可以得出圓形空心截面鋁合金短柱破壞形態(tài)如圖3-1所示，可以看出有限元數(shù)值模擬所得到的失穩(wěn)形態(tài)為兩端象足式屈曲破壞，通過(guò)本文所提供的幾何建模以及分析思路所得到的數(shù)值模擬結(jié)果與該試驗(yàn)中得到的結(jié)果基本一致，圖3-2給出了有限元數(shù)值模擬結(jié)果得出的荷載-位移曲線和通過(guò)試驗(yàn)得出的荷載-位移曲線的對(duì)比圖，我們可以看出有限元數(shù)值模擬得到的荷載-位移曲線與試驗(yàn)得出的荷載-位移曲線吻合良好，說(shuō)明在有限元模擬中的材料參數(shù)、所建模型以及加載過(guò)程與試驗(yàn)情況基本相符。因此，本節(jié)驗(yàn)證了利用有限元數(shù)值模擬對(duì)圓形空心截面鋁合金短柱局部穩(wěn)定性能進(jìn)行數(shù)值分析的準(zhǔn)確性與可靠性。表3-1構(gòu)件的幾何參數(shù)與力學(xué)參數(shù)構(gòu)件名稱直徑mm厚度mm長(zhǎng)度mm彈性模量MPa泊松比容許偏差86-8.6-258868.6258718960.30.51650-1.5-150501.5150660000.30.350-3-150503150660000.30,350-4-150504150700000.30.3圖3-1短柱破壞形態(tài)有限元數(shù)值模擬結(jié)果（a）86-8.6-258構(gòu)件（b）50-4-150構(gòu)件（c）50-3-150構(gòu)件（d）50-1.5-150構(gòu)件圖3-2荷載-位移曲線的有限元數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比圖3.2高溫下SHS和RHS高強(qiáng)鋁合金的軸壓模擬通過(guò)引用天津大學(xué)王中興老師REF_Ref31625\r\h[12]的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在ABAQUS中對(duì)SHS和RHS兩種截面的高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行數(shù)值模，以驗(yàn)證有限元數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。短柱的幾何建模、屈曲分析以及非線性分析均與第2章基本相同。ABAQUS模型中構(gòu)件的長(zhǎng)度為計(jì)算長(zhǎng)度，圖3-1給出了所有試件與試驗(yàn)失穩(wěn)形態(tài)一致，均因局部屈曲而失效。通過(guò)有限元數(shù)值模擬得到的極限荷載與試驗(yàn)結(jié)果所得出的極限荷載的對(duì)比如表3-1所示，從表中結(jié)果可以看出：有限元數(shù)值模擬具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性，有限元數(shù)值模擬得到所有構(gòu)件的極限荷載與試驗(yàn)結(jié)果之間的相對(duì)誤差均小于5.8%。從圖中可以看出，相同截面的短柱在不同溫度下表現(xiàn)出相似的破壞形態(tài)，但變形程度不同。這是由于隨著溫度的升高，材料的延展性提高，在400℃時(shí)的變形相較于其他溫度下是最為明顯的。圖3-2給出了試件荷載位移曲線的有限元數(shù)值模擬和試驗(yàn)曲線的對(duì)比，結(jié)果顯示：大部分有限元數(shù)值模擬得到的荷載-側(cè)向位移曲線與試驗(yàn)所得出的荷載-側(cè)向位移曲線吻合良好，這說(shuō)明在有限元模擬中材料參數(shù)、所建模型以及加載過(guò)程與試驗(yàn)情況基本相符。圖3-2中還可以看出，不同溫度下的載荷-縮短量曲線呈現(xiàn)出不同的形狀。造成這種現(xiàn)象的原因有兩方面；第一種是在火災(zāi)下屈服強(qiáng)度比剛度退化更快，這種現(xiàn)象在高強(qiáng)鋁合金中更明顯；第二種是在火災(zāi)下7A04-T6鋁合金的延性增加?？傮w而言，有限元模擬所得的荷載-位移曲線與試驗(yàn)曲線相差較小，基本可以反映實(shí)際的軸壓試驗(yàn)結(jié)果。因此，利用ABAQUS有限元數(shù)值模擬對(duì)高溫下SHS和RHS軸心受壓高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件整體穩(wěn)定性能進(jìn)行數(shù)值分析的可靠性得到了有效驗(yàn)證，說(shuō)明ABAQUS有限元分析軟件具有很好的準(zhǔn)確性與可靠性。（a）130-130構(gòu)件對(duì)比圖（b）60-30構(gòu)件對(duì)比圖（c）100-70構(gòu)件對(duì)比圖圖3-1試件破壞形態(tài)有限元數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表3-1試件極限盒子有限元數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比構(gòu)件極限荷載（試驗(yàn)）KN極限荷載（模擬）KN構(gòu)件極限荷載（試驗(yàn)）KN極限荷載（模擬）KN130-130-20966.37202938.809130-130-250325.59320.23717130-130-100900.32446933.855130-130-300151.129143.21099130-130-150910.67506865.192130-130-40043.838340.60392130-130-200602.76491624.828（a）130-130構(gòu)件有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)件極限荷載（試驗(yàn)）KN極限荷載（模擬）KN構(gòu)件極限荷載（試驗(yàn)）KN極限荷載（模擬）KN60-30-20255.40663256.05660-30-25066.9073372.048560-30-100220.42087230.60460-30-30033.0375833.790660-30-150203.98529211.64760-30-40011.0518210.654960-30-200128.94234135.361（b）60-30構(gòu)件有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)件極限荷載（試驗(yàn)）KN極限荷載（模擬）KN構(gòu)件極限荷載（試驗(yàn)）KN極限荷載（模擬）KN100-70-201465.9171556.02100-70-250375.26104371.777100-70-1001348.112451396.17100-70-300178.63454175.122100-70-1501218.313251225.62100-70-40068.2530164.1281100-70-200867.32262832.807（c）100-70構(gòu)件有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果（a）130-130各溫度下對(duì)比圖（b）60-30各溫度下對(duì)比圖（c）100-70各溫度下對(duì)比圖圖3-2試件荷載-位移曲線有限元數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比3.3本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)常溫下CHS高強(qiáng)鋁合金短柱和高溫下SHS/RHS高強(qiáng)度鋁合金短柱的軸心受壓試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，極限荷載和荷載-位移曲線擬合較好，可以驗(yàn)證有限元數(shù)值分析對(duì)鋁合金短柱局部穩(wěn)定性能進(jìn)行數(shù)值分析的可靠性。本文應(yīng)用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)高溫下圓形空心截面高強(qiáng)鋁合金短柱的軸心受壓試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)3種不同尺寸在7個(gè)溫度下的構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析不同溫度、徑厚比對(duì)高溫下圓形空心截面截面高強(qiáng)鋁合金軸心受壓構(gòu)件極限承載力的影響，分析高強(qiáng)鋁合金穩(wěn)定承載力在各個(gè)參數(shù)影響下的變化規(guī)律，為后續(xù)對(duì)整體高溫下穩(wěn)定承載力的預(yù)測(cè)提供依據(jù)。利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)高溫下圓形空心截面高強(qiáng)鋁合金短柱穩(wěn)定性試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，短柱的幾何建模、材料模型以及分析步均與第二章相同，為防止整體失穩(wěn)，選擇名義直徑的三倍作為短柱的名義長(zhǎng)度，本文未測(cè)量短柱的幾何初始缺陷，有限元模擬中的局部幾何初始缺陷幅值規(guī)定為圓管構(gòu)件的容許偏差D/500，參考我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB20205）。圖4-1給出了短柱破壞形態(tài)的有限元數(shù)值模擬結(jié)果，圖4-2給出了在不同溫度下短柱的荷載-位移曲線，本文設(shè)定了不同截面尺寸、溫度和徑厚比的構(gòu)件，以更好地研究構(gòu)件在不同溫度、不同徑厚比下極限承載力的變化規(guī)律。其中，截面尺寸包括100mm×300mm×5mm、70mm×210mm×4mm和80mm×240mm×1.6mm；溫度包括20°C、100°C、150°C、200°C、250°C、300°C和400°C，短柱的幾何尺寸如表4-1所示，鋁合金在室溫和高溫下的力學(xué)性能如表4-2所示。表4-1構(gòu)件的幾何尺寸構(gòu)件名稱直徑mm厚度mm彈性模量MPa泊松比溫度°C容許偏差徑厚比D/t100-5-201005664000.3200.220100-5-1001005664000.31000.220100-5-1501005655000.31500.220100-5-2001005507000.32000.220100-5-2501005500000.32500.220100-5-3001005353000.33000.220100-5-4001005147000.34000.22070-4-20704664000.3200.1417.570-4-100704664000.31000.1417.570-4-150704655000.31500.1417.570-4-200704507000.32000.1417.570-4-250704500000.32500.1417.570-4-300704353000.33000.1417.570-4-400704147000.34000.1417.580-1.6-20503664000.3200.165080-1.6-100503664000.31000.165080-1.6-150503655000.31500.165080-1.6-200503507000.32000.165080-1.6-250503500000.32500.165080-1.6-300503353000.33000.165080-1.6-400503147000.34000.1650表4-2鋁合金在室溫和高溫下的力學(xué)性能溫度（°C）Eθkf0.2kfuk20664001.00503.41.00585.11.00100664001.00486.40.97527.40.90150655000.99418.60.83421.10.72200507000.76296.90.59298.50.51250500000.75128.30.25130.20.22300353000.5361.10.1264.70.11400147000.2218.40.0420.90.04（a）100-5構(gòu)件的位移云圖（b）70-4構(gòu)件的位移云圖（c）80-1.6構(gòu)件的位移云圖圖4-1短柱破壞形態(tài)的有限元數(shù)值模擬結(jié)果圖4-2不同溫度下短柱的荷載-位移曲線表4-3不同徑厚比在不同溫度下的極限承載力徑厚比D/t20°C（KN）100°C（KN）150°C（KN）200°C（KN）250°C（KN）300°C（KN）400°C（KN）20889.0803.4697.5474.3211.9100.433.117.5535.5463.5393.9266.7119.156.518.850202.4192.5172.9115.953.524.87.9得到的極限承載力匯總在表4-3中，三種構(gòu)件在不同溫度下的荷載-位移曲線如圖4-2所示，從圖4-2中我們可以得出，三種不同截面尺寸的構(gòu)件在相同溫度條件下的破壞形式相似，基本上都為兩端象足式破壞，不同尺寸的構(gòu)件，我們?nèi)胶癖圈?，?D/t，則三種構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比分別為，20、17.5、50，根據(jù)歐洲規(guī)范我們可以將鋁合金分為四種截面類型，經(jīng)過(guò)計(jì)算，我們可以得到第三類和第四類截面的臨界徑厚比為26.7，則第一，二種尺寸的構(gòu)件為第三類截面，第三種尺寸的構(gòu)件為第四類截面。我們從20°C和400°C的對(duì)比圖中可以更直觀地看出，在同一個(gè)溫度下，第三類截面的承載力明顯高于第四類截面，而在第三類截面中β圖4-3三種構(gòu)件在20°C和400°C下的荷載-位移曲線從圖4-2中可以看出，由于7A04-T6鋁合金的高屈服和極限強(qiáng)度，柱的極限抗力在常溫下很高，而隨著溫度的升高，極限抗力迅速下降，在400℃時(shí)下降到室溫抗力的3.7%左右。這種現(xiàn)象不同于普通強(qiáng)度鋁合金，可以歸因于高強(qiáng)度鋁合金在火災(zāi)中強(qiáng)度下降更快，從不同溫度下的荷載-位移曲線可以看出，隨著溫度的升高，構(gòu)件的極限荷載呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)楦邚?qiáng)度鋁合金在火災(zāi)中的材料特性與普通強(qiáng)度鋁合金不同，特別是屈服強(qiáng)度和楊氏模量在火災(zāi)中更快的退化速率以及在火災(zāi)中更彎曲的應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)，這影響了鋁合金柱在火災(zāi)中的局部屈曲行為。而在不同溫度下的載荷-位移曲線呈現(xiàn)出不同的形狀，造成這種現(xiàn)象的原因有兩方面；第一種是在火災(zāi)下屈服強(qiáng)度比剛度退化更快，這種現(xiàn)象在高強(qiáng)鋁合金中更明顯；第二種是在火災(zāi)下7A04-T6鋁合金的延性增加。所以隨著溫度的升高，7A04-T6鋁合金的極限承載力呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。在歐洲《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（EN1999-1-1）REF_Ref281\r\h[15]中根據(jù)對(duì)局部屈曲的敏感性將截面分為四種不同的截面類型。國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)結(jié)論可以證明，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在估算第3類截面的承載力時(shí)可能過(guò)于保守，是因?yàn)樗麄儗⒔孛娴淖畲髴?yīng)力限制為屈服應(yīng)力。而最近發(fā)展起來(lái)的一種鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可以很好的避免這種情況的發(fā)生，它就是連續(xù)強(qiáng)度法(CSM)，CSM是一種基于變形的方法，采用一條基曲線來(lái)定義截面長(zhǎng)細(xì)比與變形能力之間的連續(xù)關(guān)系，該方法考慮了非細(xì)長(zhǎng)的截面的應(yīng)變硬化。用正則化徑厚比和變形能力之間的連續(xù)關(guān)系（基本曲線）代替了截面分類，反映了截面能力隨正則化徑厚比變化的連續(xù)性。與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法相比，提高了厚實(shí)截面承載力的計(jì)算精度，更保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性。5.1對(duì)歐洲規(guī)范的評(píng)估研究圓管短柱的局部屈曲表現(xiàn)，需要截面易于發(fā)生局部屈曲，即歐規(guī)中規(guī)定的四類截面。如表5-1所示，歐洲現(xiàn)行的《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（EN1999-1-1:2007）中對(duì)受壓圓管截面進(jìn)行了分類，當(dāng)β≤β3時(shí)，截面為厚實(shí)截面。利用試驗(yàn)獲得的極限抗力來(lái)評(píng)估當(dāng)前鋁合金火災(zāi)下截面設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性，包括歐洲規(guī)范和CSM連續(xù)強(qiáng)度法，歐洲規(guī)范EN1999-1-2，采用有效厚度法確定柱的極限抗力。首先，單個(gè)鋁合金板的耐火極限可以用EN1999-1-1中預(yù)測(cè)的室溫耐火極限與溫度下屈服強(qiáng)度折減系數(shù)k0，θ的乘積來(lái)計(jì)算。然后，規(guī)范規(guī)定鋁合金柱在火災(zāi)下的設(shè)計(jì)局部屈曲抗力等于構(gòu)成截面的各板件的抗火能力之和，如式所示。C1和C2表5-1EN1999-1-1:2007鋁合金截面分類材料類型β非焊接焊接ClassA2218ClassB1815注：β=3D/t，Class1,2and3：β表5-2GB50429-2007鋁合金受壓圓管截面最大徑厚比硬化程度非焊接焊接弱硬化50（240/σ0.235（240/σ0.2強(qiáng)硬化35（240/σ0.225（240/σ0.2Nu ρc，i表5-3歐洲規(guī)范預(yù)測(cè)的極限抗力和數(shù)值模擬得到的極限抗力構(gòu)件名稱A(mm2)Nu,FEM(kN)NuNu，EN100-5-201492889750.10.84100-5-1001492803.4727.70.91100-5-1501492697.5623.70.89100-5-2001492474.3442.10.93100-5-2501492211.9191.20.90100-5-3001492100.491.00.91100-5-400149370-4-20829535.5417.80.7870-4-100829463.5403.70.8770-4-150829393.9347.40.8870-4-200829266.7246.40.9270-4-250829119.1106.50.8970-4-30082956.550.7130.9070-4-40082918.815.2720.8180-1.6-20394202.4196.30.9780-1.6-100394192.5189.70.9980-1.6-150394172.9163.30.9480-1.6-200394115.9114.80.9980-1.6-25039453.550.00.9380-1.6-30039424.823.80.9680-1.6-400391將歐洲規(guī)范預(yù)測(cè)的極限抗力與有限元數(shù)值模擬得到的結(jié)果匯總于表5-3中，并且將歐洲規(guī)范預(yù)測(cè)的極限抗力與數(shù)值模擬得到的極限抗力相比得到比值，我們可以看出歐洲規(guī)范對(duì)于構(gòu)件100-5的預(yù)測(cè)是比較平均的，除環(huán)境溫度和400°C的高溫外，基本上的誤差在10%左右，對(duì)于構(gòu)件70-4的預(yù)測(cè)是相當(dāng)分散的，對(duì)于室溫20°C和高溫400°C的偏差最大，基本上達(dá)到了20%左右，對(duì)于構(gòu)件80-1.6的預(yù)測(cè)較為恰當(dāng)，但是在高溫400°的情況下偏差較大，達(dá)到了9%，而且在400度的高溫下，最大低估最多，達(dá)到20%，歐洲規(guī)范所提出的預(yù)測(cè)公式與數(shù)值模擬得出結(jié)果的平均誤差達(dá)到了10%，總體來(lái)說(shuō)高溫下鋁合金的極限承載力的預(yù)測(cè)是偏于保守的。5.2對(duì)CSM連續(xù)強(qiáng)度法的評(píng)估(1)基本曲線連續(xù)強(qiáng)度法(ContinuousStrengthMethod，CSM)REF_Ref336\r\h[16]是一種基于變形的方法，通過(guò)一條基曲線將截面抗力與其變形能力建立聯(lián)系。該基曲線提供了截面變形能力(以正態(tài)應(yīng)變形式表示)與其長(zhǎng)細(xì)比λp，θ之間的連續(xù)關(guān)系，CSM基曲線由式5-5構(gòu)成，最初開(kāi)發(fā)了用于室溫下各種金屬截面，并證明了在高溫下熱軋?zhí)间摻孛娴木_預(yù)測(cè)。εcsm，θ為截面在θ溫度下所能承受的最大壓應(yīng)變；εy，θ為在θ溫度下屈服應(yīng)變，等于f0.2，θ/Eθ；對(duì)于極限荷載超過(guò)屈服荷載的短柱，我們也叫厚實(shí)截面短柱，應(yīng)變比采用式5-6表示，由初始試樣長(zhǎng)度L和極限荷載下端部軸向位移δuλp，根據(jù)陳麗暉博士文章，取λs可以得出，本次數(shù)值模擬的結(jié)果與CSM基礎(chǔ)曲線擬合程度非常不好。圖5-1鋁合金厚實(shí)圓形空心截面CSM基本曲線擬合結(jié)果表5-4不同構(gòu)件得到的CSM參數(shù)構(gòu)件名稱δ(mm)εεσλ100-5-209.80.00764.054018.710.35100-5-1008.30.00733.504018.710.35100-5-1505.10.00642.353964.240.32100-5-2003.40.00591.593068.500.31100-5-2503.50.00263.773026.140.21100-5-3004.90.00178.282136.450.17100-5-4007.50.001318.38889.680.141970/4/208.30.00764.954592.810.3370-4-1006.70.00734.084592.810.3370-4-1504.30.00642.894530.560.30構(gòu)件名稱δ(mm)εεσλ70-4-2002.80.00591.943506.860.2970-4-2503.10.00264.973458.440.1970-4-3003.60.00178.752441.660.1670-4-4005.40.001318.951016.780.1380-1.6-202.30.00761.001205.610.6580-1.6-1002.00.00730.861205.610.6480-1.6-1501.90.00640.931189.270.5980-1.6-2001.70.00590.87920.550.5780-1.6-2501.30.00261.33907.840.3880-1.6-3001.60.00172.70640.940.3180-1.6-4002.10.00135.39266.910.26截面壓縮承載力連續(xù)強(qiáng)度法（CSM）計(jì)算鋁合金厚實(shí)截面承載力的方程如5-7所示，其中表5-5匯總了21個(gè)不同溫度下軸心受壓圓形空心截面短柱局部穩(wěn)定承載力試驗(yàn)結(jié)果與CSM連續(xù)強(qiáng)度法所預(yù)測(cè)的截面壓縮承載力的數(shù)值及其二者的比值。由表中數(shù)據(jù)可以得出，CSM所提出的預(yù)測(cè)公式與數(shù)值模擬得出結(jié)果的平均誤差只有7%，與歐洲規(guī)范提出的預(yù)測(cè)公式相比，可以將精度提高3%，總體來(lái)說(shuō)，連續(xù)強(qiáng)度法提出的CHS鋁合金圓形空心截面在不同高溫下的承載力計(jì)算公式具有更好的準(zhǔn)確性。表5-5CSM預(yù)測(cè)的極限抗力和數(shù)值模擬得到的極限抗力構(gòu)件名稱A(mm2)Nu,FEM(kN)NuNu，CSM100-5-201492889867.30.98100-5-1001492803.4756.40.94100-5-1501492697.5628.30.90100-5-2001492474.3440.30.93100-5-2501492211.9192.00.91100-5-3001492100.493.90.94100-5-400149233.128.70.8770-4-20829535.5501.10.90構(gòu)件名稱A(mm2)Nu,FEM(kN)NuNu，CSM70-4-100829463.5424.20.9270-4-150829393.9350.00.8970-4-200829266.7243.80.9170-4-250829119.1106.80.9070-4-30082956.552.30.9370-4-40082918.815.90.8580-1.6-20394202.4198.30.9880-1.6-100394192.5191.20.9980-1.6-150394172.9164.90.9580-1.6-200394115.9117.11.0180-1.6-25039453.550.60.9580-1.6-30039424.824.20.9880-1.6-4003947.97.30.93本文首先對(duì)當(dāng)前高強(qiáng)度鋁合金的應(yīng)用現(xiàn)況以及近些年來(lái)的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和分析，得出CHS截面高強(qiáng)鋁合金在高溫下的研究較少這一結(jié)論，于是便著手開(kāi)展相關(guān)研究，并提出了一套全新的建模以及分析方法，對(duì)高溫下CHS截面鋁合金的局部穩(wěn)定性進(jìn)行研究。然后通過(guò)王中興老師的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及陳麗暉老師的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與ABAQUS數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以及荷載-位移曲線是否吻合，發(fā)現(xiàn)ABAQUS數(shù)值模擬得出的結(jié)果與兩位老師的試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，以驗(yàn)證本文提出的ABAQUS數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。后續(xù)本文通過(guò)3種構(gòu)件在7個(gè)不同溫度下利用ABAQUS軟件進(jìn)行參數(shù)化分析，截面尺寸包括100mm×300mm×5mm、70mm×210mm×4mm和80mm×240mm×1.6mm；溫度包括20°C、100°C、150°C、200°C、250°C、300°C和400°C，分別得到構(gòu)件的徑厚比β=D/t和不同溫度對(duì)構(gòu)件極限承載力的影響，并且得到相應(yīng)溫度下的極限荷載以及荷載-位移曲線，結(jié)論是7A04-T6鋁合金短柱的極限承載力受到徑厚比β=D/t的影響，在同一個(gè)溫度下，第三類截面的承載力明顯高于第四類截面，而在第三類截面中β隨后本文根據(jù)歐洲規(guī)范預(yù)測(cè)在不同溫度下的極限承載力，然后將數(shù)值模擬結(jié)果與歐洲規(guī)范中預(yù)測(cè)的極限承載力進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)歐洲規(guī)范所預(yù)測(cè)的極限荷載在高溫下偏于保守，可以看出歐洲規(guī)范對(duì)于構(gòu)件100-5的預(yù)測(cè)是比較平均的，除環(huán)境溫度和400°C的高溫外，基本上的誤差在10%左右，對(duì)于構(gòu)件70-4的預(yù)測(cè)是相當(dāng)分散的，對(duì)于室溫20°C和高溫400°C的偏差最大，基本上達(dá)到了20%左右，對(duì)于構(gòu)件80-1.6的預(yù)測(cè)較為恰當(dāng)，但是在高溫400°的情況下偏差較大，達(dá)到了9%，總體來(lái)說(shuō)高溫下鋁合金的極限承載力的預(yù)測(cè)是偏于保守的，而且在400度的高溫下，最大低估最多，達(dá)到20%。接著對(duì)CSM連續(xù)強(qiáng)度法的基本曲線進(jìn)行擬合，?？傮w來(lái)說(shuō)，本文通過(guò)ABAQUS有限元分析軟件得出了新的模型及分析方法下不同構(gòu)件尺寸和不同溫度下的荷載-位移曲線，并且對(duì)歐洲規(guī)范以及CSM連續(xù)強(qiáng)度法進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，本文提出的有限元模型能夠準(zhǔn)確地模擬鋁合金短柱在火災(zāi)下的結(jié)構(gòu)性能，包括破壞模式、承載能力和極限荷載下端部軸向位移，為進(jìn)一步的數(shù)值參數(shù)化研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)陳麗暉.高強(qiáng)度鋁合金構(gòu)件彈塑性穩(wěn)定性分析[D].吉林大學(xué),2022.DOI:10.27162/ki.gjlin.2022.000120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