循环荷载作用下,随着焊材损伤不断累积演化,其耗能能力不断发生变化。通过耗能分析可对其损伤演化规律进行探讨。焊材在循环荷载作用下,加载过程吸收能量,卸载过程释放能量,则一个循环中(或一个半循环)滞回环所包络的面积为该循环耗散的能量,为探讨损伤累积规律,需对累积耗能进行分析。为便于对比分析,需对累积耗能进行无量纲化,在此,参考Park-Ang损伤累积模型中关于能量耗散部分的考虑,如式(3-1),将累积耗能进行无量纲化,记作,其表达式如式(3-2)。
式(3-1)中,等号右边第一项是变形部分,在此不进行讨论在此可代表循环荷载时累积耗能,Fy为屈服强度,δu为极限变形,Fyδu相当于理想弹塑性时单调荷载作用下的极限滞回能,式(3-2)中用Eu表示单调荷载作用下的极限滞回能,由焊材单调拉伸试验应力-应变关系与坐标轴所围面积获得,即考虑一般情况,不再只考虑理想弹塑性的情况。(www.daowen.com)
如图3-8,为ξa关于η的关系曲线,以此方式尝试分析焊材在循环荷载作用耗能能力随循环周数增加变化的规律,同时可作为后续损伤演变方程确立的基础。由图3-8可知,随着循环周数增加,曲线斜率逐渐减小,说明累积耗能增加速率减小,原因是随着循环周数增加滞回环包围面积逐渐减小,耗能能力逐渐退化,这是由循环荷载作用下焊材损伤不断累积导致。在开始阶段和破坏阶段曲线斜率变化较快,说明这两阶段相比中间阶段材料损伤退化速率较快,滞回环面积减小速度较快,耗能减小较快。而在η位于0.2~0.8的中间阶段,曲线最接近于线性,斜率变化较慢,对应于疲劳裂纹开展的稳定阶段,滞回曲线耗能能力变化较慢。综上,从耗能分析入手分析焊材损伤变化过程的结果与从应力幅退化考虑的结果相一致。循环荷载作用下,随着损伤不断发展,焊材塑性应变不断累积,能量耗散不断累积,最终发生破坏。
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