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冲击载荷具有高加载率高应变率的特征,这种情况下材料本构关系变化构件更易破坏,按静载条件设计的等承载(ELCC)接头不适合服役于冲击载荷下的接头。本文提出“以冲击功为承受冲击载荷能力的参量,寻找使母材与接头断裂消耗冲击功相等的接头最小厚度”作为冲击载荷下等承载接头设计准则,通过试验及理论分析,研究试件冲击韧度与几何尺寸关系以寻找母材与熔敷金属冲击功相同时接头厚度,并提出设计准则。应用Marc.有限元模拟了A921高强钢标准夏比冲击试验,获得在开裂时刻试件缺口前沿的应力、应变分布,并以平面应变系数为参量计算了缺口前沿应力状态分布,结合断裂力学,提出了裂纹的中心优先生成、扩展的断裂机制,描述了剪切唇生成的原因及过程,为后文分析试件几何尺寸变化导致材料力学响应变化提供理论基础。进行了A921高强钢的宽10mm变厚度组(厚度变化范围5mm—15mm)及厚10mm变宽度组(宽度变化范围5mm—15mm)试件的夏比冲击试验。厚度变化组中,试件断口剪切唇从无到有,宽度随厚度逐渐增加;宽度变化组中,所有试件断口剪切唇宽度基本一致;冲击韧度随试件厚度或宽度增加均有上升趋势,但厚度对于试件冲击韧度影响明显大于宽度。对于试验获得的冲击韧度随几何尺寸变化的原因及规律,从两方面进行研究。一方面,有限元模拟上述两组冲击试验,获得不同模型缺口前沿的应力、应变、应力状态分布,及缺口中心点的主应力变化率及应变速率等,结合提出的断裂机制,分析以上因素对冲击韧性的影响。分析认为,与断裂韧度不同,应力状态不是冲击韧度随几何尺寸变化的原因。另一方面,理论分析试件抗弯能力变化对其冲击载荷下力学响应的影响,并将冲击韧度与抗弯能力的几何尺寸几种表征方式进行拟合。拟合结果发现试件冲击韧度与抗弯能力参量H3B有良好的线性关系,应用两组试验结果得到拟合度大于0.9,说明抗弯能力变化是试件冲击韧度变化的主要原因。以Q345钢变厚度试件进行冲击试验,试验得到的冲击韧度与H3B线性拟合,拟合度仍高于0.9,证明冲击韧度与H3B线性关系akv=a0+kH3B可以推广到其他材料。根据以上研究结合等承载思想提出冲击载荷下ELCC接头设计方法:首先在获得母材及熔敷金属aKV-H3B曲线基础上,选择合适的接头厚度实现以等冲击功为原则的冲击载荷下等承载;还应结合以往关于等承载研究,进一步优化接头其他几何参数以达到其它载荷下尽可能好的承载能力。