本發(fā)明涉及一種拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方法，尤其涉及一種輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方法，屬于拉伸測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，在拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方面，比較統(tǒng)一的是國家標(biāo)準(zhǔn)(gb6397-86)中關(guān)于低碳鋼的拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方法。該試驗通過對標(biāo)準(zhǔn)件的拉伸，繪制其載荷—變形曲線以及應(yīng)力—應(yīng)變曲線，并詳細(xì)區(qū)分曲線中的彈性階段、屈服階段、硬化階段與頸縮階段，然后通過系列方法計算低碳鋼試件的屈服極限、強度極限以及延伸率等重要力學(xué)性能參數(shù)。

上述方法能夠很好地應(yīng)用到單一試件拉伸時的數(shù)據(jù)處理，但是針對試件在具體結(jié)構(gòu)中，例如角鋼通過螺栓與包鋼連接，拉伸時的數(shù)據(jù)處理存在一些不足或缺陷：(1)由于存在螺栓連接與不確定性的安裝誤差，試件拉伸時在螺栓連接處勢必會產(chǎn)生不定量的滑移量；(2)該試驗的應(yīng)力—應(yīng)變曲線沒有明顯的彈性階段和屈服階段，難以有效判斷試件的彈性模量和屈服極限；(3)試件在拉伸過程中的變形區(qū)域主要集中在螺栓連接附近，并非均勻分布在整支角鋼的范圍，因此不能直接采用角鋼長度作為計算試件斷后延伸率的主要變形區(qū)域長度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方法，包括以下具體步驟：

步驟1：繪制載荷-變形曲線；

步驟2：選取彈性階段并進行線性擬合：將彈性階段的數(shù)據(jù)擬合，得到彈性直線；

步驟3：確定滑移量：彈性線段延長至與橫軸交點的橫軸坐標(biāo)即為輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸時的滑移量；所述滑移量包括螺栓與角鋼連接滑移以及孔壁擠壓滑移；

步驟4：更新數(shù)據(jù)，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線：包括以下具體步驟：

步驟4-1：將原始數(shù)據(jù)的變形量減去滑移量，更新為修正數(shù)據(jù)集；

步驟4-2：將修正數(shù)據(jù)集單位為千克的載荷數(shù)據(jù)，換算成單位為牛頓的力，然后除以輸電鐵塔角鋼的凈截面積，得到應(yīng)力數(shù)據(jù)集；

步驟4-3：將修正數(shù)據(jù)集的變形量數(shù)據(jù)除以包鋼的長度，得到應(yīng)變數(shù)據(jù)集；

步驟4-4：根據(jù)應(yīng)力數(shù)據(jù)集和應(yīng)變數(shù)據(jù)集，繪制應(yīng)力—應(yīng)變曲線；

步驟5：計算屈服強度：根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)中針對標(biāo)準(zhǔn)試件拉伸試驗的σ0.2原則，確定輸電鐵塔角鋼的屈服強度大??；

步驟6：對輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試件進行有限元建模受力分析，確定主要變形區(qū)域長度：包括以下具體步驟；

步驟6-1：對輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試件進行有限元建模受力分析，得到其位移云圖和應(yīng)力云圖；

步驟6-2：通過對位移云圖和應(yīng)力云圖進行分析，確定角鋼的主要變形區(qū)域長度；

步驟7：計算斷后延伸率。

步驟2包括以下步驟：

步驟2-1：設(shè)置初始點t＝0；設(shè)置依次增大的第一至第三長度l1-l3；

步驟2-2：初始點t加1；以初始點為起點，分別取之后的l1、l2、l3個點組成第一至第三組起始點數(shù)據(jù)；

步驟2-3：分別將第一至第三組起始點數(shù)據(jù)進行線性擬合，得出第一至第三起始點直線的斜率k1-k3；

步驟2-4：判斷第一至第三起始點直線的斜率k1-k3之間的誤差是否小于預(yù)設(shè)的誤差極限，如果是，轉(zhuǎn)向步驟2-5；否則，轉(zhuǎn)向步驟2-2；

步驟2-5：將初始點t的數(shù)值作為彈性階段的起始點；同時將初始點t的數(shù)值設(shè)置為終止點；

步驟2-6：終止點t加1；以終止點為起點，分別取之后的l1、l2、l3個點組成第一至第三組終止點數(shù)據(jù)；

步驟2-7：分別將第一至第三組起始點數(shù)據(jù)進行線性擬合，得出第一至第三終止點直線的斜率kk1-kk3；

步驟2-8：判斷第一至第三起始點直線的斜率k1-k3之間的誤差是否小于預(yù)設(shè)的誤差極限，如果是，轉(zhuǎn)向步驟2-6；否則，轉(zhuǎn)向步驟2-9；

步驟2-9：將終止點t的數(shù)值作為彈性階段的終止點；

步驟2-10：將彈性階段的數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到彈性直線。

步驟7包括以下步驟：

步驟7-1：計算角鋼的塑性變形量，即角鋼斷裂時的節(jié)點最大變形量-滑移量-彈性變形量，其中彈性變形量是彈性變形階段的節(jié)點變形量，可由彈性階段末端點處的變形量-起始點處的變形量計算得到；

步驟7-2：將角鋼的塑性變形量除以角鋼的主要變形區(qū)域長度，即為斷后延伸率。

采用上述技術(shù)方案所取得的技術(shù)效果在于：本發(fā)明較好地規(guī)避滑移量對試驗數(shù)據(jù)的影響，通過對試件的建模受力分析確定用于計算試件斷后延伸率的主要變形區(qū)域長度，有效提高了實際結(jié)構(gòu)中試件拉伸試驗數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明中彈性階段選取與滑移量計算的流程圖；

圖3為本發(fā)明中計算屈服強度的流程圖；

圖4為本發(fā)明中計算斷后延伸率的流程圖；

圖5為本發(fā)明實施例中拉伸前的試件示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例中拉斷時的試件示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例中輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸時的載荷—變形量曲線；

圖8為本發(fā)明實施例中輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試件的位移云圖；

圖9為本發(fā)明實施例中輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試件的應(yīng)力云圖；

圖10為本發(fā)明實施例中螺栓連接的節(jié)點滑移模型曲線；

圖11為本發(fā)明實施例中函數(shù)模型與試驗結(jié)果數(shù)據(jù)對比；

圖12為本發(fā)明實施例中函數(shù)模型的導(dǎo)數(shù)曲線。

具體實施方式

實施例1：

如圖1-圖4所示，一種輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試驗數(shù)據(jù)處理方法，包括以下具體步驟：

步驟1：繪制載荷-變形曲線；

步驟2：選取彈性階段并進行線性擬合：將彈性階段的數(shù)據(jù)擬合，得到彈性直線；

步驟3：確定滑移量：彈性線段延長至與橫軸交點的橫軸坐標(biāo)即為輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸時的滑移量；所述滑移量包括螺栓與角鋼連接滑移以及孔壁擠壓滑移；

步驟4：更新數(shù)據(jù)，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線：包括以下具體步驟：

步驟4-1：將原始數(shù)據(jù)的變形量減去滑移量，更新為修正數(shù)據(jù)集；

步驟4-2：將修正數(shù)據(jù)集單位為千克的載荷數(shù)據(jù)，換算成單位為牛頓的力，然后除以輸電鐵塔角鋼的凈截面積，得到應(yīng)力數(shù)據(jù)集；

步驟4-3：將修正數(shù)據(jù)集的變形量數(shù)據(jù)除以包鋼的長度，得到應(yīng)變數(shù)據(jù)集；

步驟4-4：根據(jù)應(yīng)力數(shù)據(jù)集和應(yīng)變數(shù)據(jù)集，繪制應(yīng)力—應(yīng)變曲線；

步驟5：計算屈服強度：根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)中針對標(biāo)準(zhǔn)試件拉伸試驗的σ0.2原則，確定輸電鐵塔角鋼的屈服強度大??；

步驟6：對輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試件進行有限元建模受力分析，確定主要變形區(qū)域長度：包括以下具體步驟；

步驟6-1：對輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試件進行有限元建模受力分析，得到其位移云圖和應(yīng)力云圖；

步驟6-2：通過對位移云圖和應(yīng)力云圖進行分析，確定角鋼的主要變形區(qū)域長度；

步驟7：計算斷后延伸率。

步驟2包括以下步驟：

步驟2-1：設(shè)置初始點t＝0；設(shè)置依次增大的第一至第三長度l1-l3；

步驟2-2：初始點t加1；以初始點為起點，分別取之后的l1、l2、l3個點組成第一至第三組起始點數(shù)據(jù)；

步驟2-3：分別將第一至第三組起始點數(shù)據(jù)進行線性擬合，得出第一至第三起始點直線的斜率k1-k3；

步驟2-4：判斷第一至第三起始點直線的斜率k1-k3之間的誤差是否小于預(yù)設(shè)的誤差極限，如果是，轉(zhuǎn)向步驟2-5；否則，轉(zhuǎn)向步驟2-2；

步驟2-5：將初始點t的數(shù)值作為彈性階段的起始點；同時將初始點t的數(shù)值設(shè)置為終止點；

步驟2-6：終止點t加1；以終止點為起點，分別取之后的l1、l2、l3個點組成第一至第三組終止點數(shù)據(jù)；

步驟2-7：分別將第一至第三組起始點數(shù)據(jù)進行線性擬合，得出第一至第三終止點直線的斜率kk1-kk3；

步驟2-8：判斷第一至第三起始點直線的斜率k1-k3之間的誤差是否小于預(yù)設(shè)的誤差極限，如果是，轉(zhuǎn)向步驟2-6；否則，轉(zhuǎn)向步驟2-9；

步驟2-9：將終止點t的數(shù)值作為彈性階段的終止點；

步驟2-10：將彈性階段的數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到彈性直線。

步驟7包括以下步驟：

步驟7-1：計算角鋼的塑性變形量，即角鋼斷裂時的節(jié)點最大變形量-滑移量-彈性變形量，其中彈性變形量是彈性變形階段的節(jié)點變形量，可由彈性階段末端點處的變形量-起始點處的變形量計算得到；

步驟7-2：將角鋼的塑性變形量除以角鋼的主要變形區(qū)域長度，即為斷后延伸率。

本實施例中，第一至第三組終止點數(shù)據(jù)長度l1、l2、l3分別為5,10,20，第一至第三起始點直線的斜率kk1-kk3之間的誤差極限和第一至第三終止點直線的斜率kk1-kk3之間的誤差極限均為0.03。

如圖5所示，試件為輸電鐵塔角鋼主節(jié)點拉伸試驗結(jié)構(gòu)，上角鋼長度為l1，下角鋼長度為l2；包鋼長度為l3，試件原總長度為l4。如圖6所示，試件拉斷時總長度為l4’，斷口區(qū)域位于角鋼與包鋼連接處，且角鋼變形也主要發(fā)生在角鋼與包鋼的螺栓連接處。如圖7所示，ⅰ代表滑移階段，ⅱ代表彈性階段，ⅲ代表近似的屈服階段以及硬化階段，ⅳ代表頸縮階段。由于應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒有明顯的屈服點，因此根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)中針對標(biāo)準(zhǔn)試件拉伸試驗的σ0.2原則，確定輸電鐵塔角鋼屈服強度的大小。試件的拉伸總變形量是試件斷裂后較其初始狀態(tài)的某節(jié)點的絕對位移，包含滑移量、彈性變形以及塑性變形；彈性變形是可逆的過程，待載荷消失后，彈性變形又自動恢復(fù)，而塑性變形則是不可逆的永久變形，因此用于計算輸電鐵塔角鋼斷后延伸率的斷后伸長量應(yīng)該在總伸長量的基礎(chǔ)上減去滑移量和彈性變形量；通過對多組結(jié)構(gòu)進行建模受力分析，由圖8中可知：試件的節(jié)點變形主要發(fā)生在由包鋼包裹的角鋼局部a處，而試件的上下兩端幾乎沒有發(fā)生節(jié)點變形。由圖9中可知角鋼的應(yīng)力集中區(qū)域主要是在與包鋼端部相連接的角鋼附近，即區(qū)域b和c處，而角鋼其他部分的應(yīng)力僅為區(qū)域b和c的幾分之一，變形較區(qū)域b和c極??；通過對模型的處理與測量，發(fā)現(xiàn)區(qū)域b和c的長度之和約為包鋼長度的0.3倍，因此將包鋼長度的0.3倍作為計算試件斷后延伸率的主要變形區(qū)域長度，再根據(jù)斷后延伸率的計算公式計算試件斷后延伸率。

圖10至圖12以證明本實施例的精度明顯提高。本方法采用前人提出的一種螺栓連接的節(jié)點滑移模型，該模型將螺栓滑移的載荷-位移曲線分離為滑動曲線與變形曲線兩條曲線，而實際載荷-位移曲線是兩條曲線在位移上的疊加，如圖10所示。

變形過程的載荷-位移曲線函數(shù)表達(dá)式為：

式中p為載荷值，δ1為該載荷下的位移；py為屈服載荷，δy為與之對應(yīng)的變形量；α和n為曲線的形狀參數(shù)，α控制的是屈服點后曲線彎曲的平滑程度，而n影響的是屈服后彎曲線再往后直線部分的傾斜趨勢。

滑動過程的載荷-位移曲線函數(shù)表達(dá)式為：

式中p為載荷值，δ2為此載荷下的位移。ps為滑動載荷，δ0為滑移量，即初始安裝螺栓孔間隙量；m和n同樣為形狀參數(shù)，分別控制曲線滑移段左右兩側(cè)的曲線形狀。

由此確定節(jié)點滑移的載荷-位移方程為：

由于試驗得到的載荷—變形曲線沒有明顯的彈性階段和屈服階段，在用上述方程擬合時，py、δy和ps難以確定，必須通過不斷地調(diào)整數(shù)據(jù)以及繁瑣的重復(fù)計算才能得到近似的擬合函數(shù)，因此不能大規(guī)模使用該函數(shù)模型處理試驗數(shù)據(jù)，只能實現(xiàn)幾次代表性的函數(shù)擬合，用于檢測本方法的精確度。

根據(jù)上述方程，不斷調(diào)整其中各個變量，最后將其中一組試驗數(shù)據(jù)擬合為基于上述方程的函數(shù)模型，如圖11所示。由圖11中可知，該模型在a點以前的擬合程度較好，超過a點后誤差逐漸增大。雖然無法直接判斷該函數(shù)的彈性階段，但是a點明顯處于曲線的彈性階段之后，因此利用此函數(shù)可以較好地實現(xiàn)曲線彈性階段的擬合。對該函數(shù)進行求導(dǎo)，并繪制出該函數(shù)的導(dǎo)數(shù)曲線，如圖12所示。由于載荷—變形曲線的彈性階段為一條直線，因此彈性階段的導(dǎo)數(shù)曲線應(yīng)該近似是一條水平線，所以需要在圖12中找到一段斜率近似為水平直線的區(qū)域。由圖示中明顯看出d階段近似為一條水平直線，因此可以將d階段作為曲線的彈性階段，并取d階段所有斜率的均值作為載荷—變形曲線中彈性階段的斜率。

根據(jù)已知的試件長度和凈截面積，計算該試件的彈性模量e1＝46.3gpa；根據(jù)本發(fā)明所述的處理方法，計算該試件的彈性模量e2＝47.2gpa；得出二者誤差為：在拉伸試驗數(shù)據(jù)處理的過程中，最重要就是確定彈性階段以及該階段的斜率，由于二者誤差僅為1.94％，因此可以認(rèn)為該處理方法能夠滿足精度要求。

本發(fā)明公開的數(shù)據(jù)處理方法，其基于確定彈性階段的選取、剔除滑移量影響、重新繪制應(yīng)力—應(yīng)變曲線和通過建模受力分析確定主要變形區(qū)域長度的處理流程，規(guī)范了試件重要力學(xué)性能參數(shù)的計算與獲取方法，同時也在使用過程中更加簡單高效。

以上所述只是本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此，凡是在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。