随着土木工程朝着超高层、大跨度发展,钢材应用更加广泛,工程结构和构件往往承受复杂荷载作用,为了保证结构在使用周期中安全服役,研究钢材在不同加载历史下的塑性硬化行为非常必要。目前对复杂加载路径下钢的屈服和硬化行为的认识存在明显不足,还需通过大量的试验、理论研究进行完善。本文以土木工程中常用的HRB400E钢为对象,采用试验方法研究了初始屈服面和单轴拉压以及不同拉扭组合预加载路径下的后继屈服面和各向异性硬化过程,并分析了后继屈服面的塑性流动规律。全文主要工作和结论如下:1.初始屈服面试验结果表明,在(?)坐标平面HRB400E钢的初始屈服面形状与Von-Mises准则描述的一致性较好,整体呈现为一个以原点为圆心,屈服应力为半径的圆,材料表现为初始各向同性。2.单轴拉、压预加载路径下的后继屈服面试验表明,后继屈服面的位置、形状、尺寸大小与预加载历史密切相关。在各后继屈服面试验中,后继屈服面靠近最后阶段预加载的方向。预加载幅值越大,后继屈服面离初始屈服面位置越远,后继屈服面尺寸越大。拉压预加载后继屈服面形状基本关于应力?轴对称。3.拉扭组合预加载路径下的后继屈服面试验表明,拉扭双轴复合预加载后继屈服面形状受拉、扭双轴加载历史共同影响,后继屈服面没有出现单轴作用下的轴对称形状,并且在预加载方向硬化极小,随着加载角度靠近预加载反方向,屈服点硬化程度逐渐变大,整体呈现出不规则的“扇贝”形特征。4.HRB400E钢具有显著的各向异性硬化特征,靠近预加载方向的屈服点硬化较小,背离预加载方向的屈服点硬化逐渐增大。其各向异性硬化行为采用偏移应变法进行描述,结果表明偏移应变的取值对后继屈服面尺寸有显著影响。随着偏移应变的增加,后继屈服面的尺寸增大,并且在较小偏移应变(200με、500με)时,后继屈服面硬化速率快,在较大偏移应变(1000με、2000με)时,后继屈服面硬化速率逐渐变慢,HRB400E钢的各向异性硬化整体呈现“靠小背大、先快后慢”的趋势。5.塑性流动方向受偏移应变、等效塑性应变增量影响。偏移应变较小的情况下后继屈服面的塑性流动方向与曲面正交方向的偏差值变化较大,偏移应变较大的情况下偏差值较稳定。在不同等效塑性应变增量下,屈服点等效塑性应变增量较大时,偏差值较小;而屈服点等效塑性应变增量较小,偏差值较大。材料硬化程度、等效塑性应变增量的取值和塑性流动方向偏差值成负相关关系。