随着建筑行业的发展,建筑结构的跨度越来越大,造型也多种多样。铸钢构件的设计自由度大,能够根据结构的受力状况和浇筑工艺设计合理的形状,同时,铸钢节点是整体浇铸而成,有效减小了应力集中,改善了受力性能,因此,铸钢构件越来越普遍的应用于体育馆、火车站、大型广场等建筑。土木建筑类相关规范将铸钢视作理想的连续均质材料来计算其承载力,但事实上受铸造工艺水平的限制以及环境因素的影响,铸钢构件在生产过程中难免会存在各种铸造缺陷,缺陷的存在会在一定程度上对铸钢构件乃至整体结构的力学性能造成影响,甚至可能会威胁到结构安全。然而,目前工程上对缺陷的关注度还不够,学者们关于缺陷的影响方面的研究还不足。通常情况下,工程上忽略缺陷的存在,或通过加大安全系数去保证铸钢构件的安全,造成对铸钢节点安全性能评估不准确,增加工程成本等后果。为研究铸造缺陷对铸钢构件力学性能的影响,本论文围绕宏观铸造缺陷和微细观缺陷对铸钢构件力学性能的影响两个方面展开研究。主要工作如下:1)通过铸钢节点切片试验,统计了宏观铸造缺陷分布特征,建立了截面最大缺陷尺寸预测模型。对典型四支管铸钢节点进行了切片试验,对切块截面上气孔缺陷、缩孔缩松类缺陷,夹杂类缺陷、分层类缺陷等宏观铸造缺陷的数目、尺寸进行统计,观察各类缺陷的分布特征。结合试验统计结果,以截面上各类宏观铸造缺陷的数量为输入量,以截面最大缺陷的尺寸为输出量,基于机器学习建立了截面最大缺陷尺寸预测模型,并验证了预测模型的准确性,可为工程中的铸造质量评估提供有力参考;为缺陷对铸件力学性能分析提供缺陷尺寸依据。2)研究了宏观铸造缺陷对铸钢构件力学性能的影响。利用有限元软件ABAQUS基于线性强化弹塑性模型对典型K型铸钢节点模型进行力学分析,模型一为没有宏观铸造缺陷的K型节点模型、模型二为含一个宏观铸造缺陷的K型节点模型、模型三为含多个宏观铸造缺陷的K型节点模型。有限元计算结果表明,宏观铸造缺陷的存在,显著增大了节点局部应力;少量宏观缺陷对节点整体应力分布、整体刚度和极限承载力影响程度较小;随着缺陷数目增多,宏观缺陷对节点整体应力、刚度和极限承载力影响程度增大;承受循环荷载时,含宏观缺陷的铸钢节点疲劳寿命显著降低。3)确定了Lemaitre损伤模型参数,基于此模型研究了微细观缺陷对铸钢件的力学性能的影响。以X射线断层扫描试验数据为基础,确定了Lemaitre损伤模型参数,编制了Lemaitre损伤模型的ABAQUS/UMAT子程序。运用ABAQUS对材料试件进行单轴拉伸数值模拟,将模拟计算的损伤变量变化情况与试验观测结果进行对比,发现两者吻合效果较好,证明了损伤模型的准确性。以G20Mn5N铸钢节点为研究对象,基于Lemaitre损伤模型进行有限元分析,计算结果表明,在设计载荷下微细观缺陷对铸钢节点应力、刚度、极限承载力的影响较小;相对于不考虑微细观缺陷损伤演化的计算结果,考虑微细观缺陷的损伤演化使节点内宏观缺陷的应力集中程度增大;相对于不含宏观铸造缺陷的计算结果,含宏观缺陷的节点的微细观缺陷损伤演化程度增大;微细观缺陷的损伤演化过程是不可逆过程。4)研究了铸钢构件初始微细观缺陷体积分数的随机性对材料力学性能的影响,对铸钢板进行了可靠性分析。基于X射线断层扫描试验中所测得的9根试样的初始缺陷体积分数,根据夏皮罗—威尔克法分析得到了初始缺陷体积分数符合小样本正态分布的结论,并对铸钢材料性能参数进行了折减。通过一次二阶矩法和蒙特卡洛法对一个G20Mn5N铸钢板进行了结构可靠性分析,分别采用结合了复数变量求导法的泰勒展开随机有限元法和蒙特卡洛随机有限元法,确定了铸钢板自由端节点位移的平均值、标准差和失效概率,并依据计算过程对一次二阶矩法和蒙特卡洛法两种方法进行了对比。结果表明,一次二阶矩法和蒙特卡洛法计算结果误差很小,铸钢板的失效概率均为1%左右;前者计算效率高,精度较小,应用范围有限;后者计算效率低,当抽样次数足够时,精度高,应用范围更广。论文研究结果表明,宏观铸造缺陷和微细观缺陷对铸钢构件的力学性能均有不同程度的影响,缺陷的存在不可忽略,须要引起重视。