天然橡胶材料性能及疲劳预测研究

疲劳寿命预测和评估在设计过程中对确保橡胶部件的安全性和可靠性至关重要。结合有限元分析和疲劳试验的疲劳损伤参数,提出了橡胶构件疲劳寿命预测方法。基于材料试验确定的超弹性材料模型,对橡胶部件进行了有限元分析。使用有限元法确定的临界位置处的格林-拉格朗日应变来评估天然橡胶的疲劳损伤参数。利用关键部位的疲劳损伤参数预测橡胶构件的疲劳寿命。橡胶部件的预测疲劳寿命与实验疲劳寿命相当吻合。     

泡沫轻质土的疲劳性能及工程应用研究

为研究泡沫轻质土的疲劳性能,预测泡沫轻质土路基在行车荷载作用下的疲劳寿命,在前期实验基础上,依托广佛江快速通道江门段一标段工程,采用UTM-100伺服液压多功能材料实验系统对泡沫轻质土进行四点弯曲小梁疲劳实验;基于疲劳实验结果,运用威布尔分布和对数正态分布建立S-N疲劳方程.研究结果表明:泡沫轻质土的疲劳寿命受应力比的影响较为显著,随应力比的增大呈逐渐减少趋势;尽管泡沫轻质土的疲劳寿命离散性较大,但其对数值与应力比或应力比对数值均呈现出良好的线性关系;泡沫轻质土的疲劳寿命虽然具有较大的离散性,但其对数疲劳寿命与应力比或对数应力比均呈现出良好的线性关系;验证了泡沫轻质土的疲劳寿命既服从威布尔分布又服从对数正态分布,但更宜采用威布尔分布进行分析;通过工程实例的论证,提出了泡沫轻质土路基在行车荷载作用下实际疲劳寿命的预测方法,预测结果说明泡沫轻质土用作公路路基填料具有良好的抗疲劳性能,该项研究不仅为行车荷载作用下泡沫轻质土路基疲劳性能评估提供理论依据,而且为其他类似工程应用提供技术支撑.     

疲劳荷载与环境因素耦合作用下混凝土损伤劣化研究进展

建筑物真实的服役状态是承受的荷载与环境的同时作用.概述了目前关于混凝土在疲劳荷载与环境因素耦合作用下的损伤劣化规律的研究.从材料、结构角度对疲劳荷载和腐蚀介质的耦合作用进行了总结与分析.重点论述了严寒地区桥梁、高速铁路等在疲劳荷载和冻融循环耦合作用下的损伤劣化特征.阐述了目前广泛采用的间接耦合作用方式--交替作用存在的问题,并提出从与材料细观结构密切相关的内应力角度,同时结合疲劳效应解决这一问题的可能办法.     

受疲劳荷载作用后的预应力混凝土构件冻融循环试验与损伤模型

对8根预应力混凝土梁进行受不同疲劳荷载后的冻融循环试验,研究疲劳荷载作用后预应力混凝土结构的冻融损伤特性。试验结果表明:荷载循环对预应力混凝土冻融损伤的发展有明显影响。运用损伤理论,对混凝土冻融损伤的疲劳效应问题进行了分析,并结合Aas-Jakobsen的混凝土材料疲劳寿命公式,引入疲劳效应影响因子(f(m)),建立了基于相对动弹模量的冻融损伤演化模型。结果表明:该损伤模型具有较高的精度,与试验结果吻合较好,适合工程应用。     

基于混凝土基体和界面过渡区性质的疲劳方程

根据混凝土材料在静态荷载与疲劳荷载作用下破坏的相似性,结合其在静态荷载作用下的破坏分析了疲劳破坏过程,通过引入基体和界面过渡区对疲劳性能的影响因子f1,f2,定义基体性质特征参数I和界面过渡区性质特征参数M,应用数学模型描述f1,f2随疲劳寿命对数值lgN的变化趋势,建立混凝土材料基体、界面过渡区性质与疲劳性能之间的定量关系,并得到基于基体与界面过渡区性质的疲劳方程.测试了水胶比为0.35,不同矿物掺合料掺量混凝土在不同应力水平下的疲劳寿命.应用所建立的疲劳方程能较好地拟合S-N关系,尤其是大矿物掺合料掺量的情况下,反映了低周疲劳向高周疲劳过渡的非线性变化.     

风力机叶片疲劳寿命研究概述

本文综述了水平轴风力机叶片在运转过程中承受的疲劳荷载和叶片制作材料破坏模式,总结了目前风力机叶片疲劳寿命预测方法,从叶片复合材料加工阶段优化铺层设计和给成型叶片安装疲劳荷载减缓装置两方面阐述了提升叶片疲劳寿命的措施。随着风力机叶片大型化发展,为叶片在使用寿命期内的安全、可靠运行提出了一些建议。     

既有桥梁限载取值下正常使用极限状态可靠度分析

分析了既有钢筋混凝土桥梁实际抗力水平对限载取值方法的影响;根据在役钢筋混凝土桥梁的结构特点,基于模糊可靠度和限载分析理论,推算出荷载作用下结构构件最大裂缝宽度极限作为基本参数,建立了混凝土构件在正常使用状态下的极限状态方程,并根据实际案例T型混凝土受弯构件和混凝土空心简支板受弯构件研究和分析在正常使用极限状态下的可靠度。     

拉压循环荷载作用下预裂纹混凝土疲劳性能研究

利用电液伺服材料试验机,对带有预裂纹的粗骨料混凝土进行疲劳试验,分析混凝土在拉压循环试验荷载作用下的疲劳寿命、疲劳强度以及预裂纹对混凝土拉压疲劳性能的影响。根据试验数据,进行回归处理,得出混凝土的疲劳寿命S-N曲线以及S-lgN曲线,并利用有限元仿真技术,对混凝土在疲劳荷载作用下的疲劳寿命的结果做详细的研究。结果表明,带预裂纹的混凝土疲劳极限值远低于无损伤的混凝土的疲劳极限值,预裂纹使混凝土的疲劳寿命大大地降低,使其疲劳寿命缩短了75%~80%左右。     

CFRP加固钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的有限元分析

本文采用数值模拟方法,利用有限元软件ANSYS对CFRP加固钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能进行了分析,研究了钢筋混凝土梁的疲劳机理,得出了CFRP加固钢筋混凝土梁疲劳寿命的提高程度.研究结果表明,采用CFRP加固钢筋混凝土梁能大幅提高其疲劳寿命,并对实际工程起到了一定的指导意义.     

考虑材料劣化的钢筋混凝土桥梁抗震性能研究

钢筋混凝土桥梁在氯离子环境下材料会发生劣化,导致桥梁结构性能退化,从而对服役期限内桥梁的抗震性能造成显著影响,降低结构的耐久性。本文以一连续刚构桥为例,对氯离子侵蚀引起的混凝土和钢筋材料劣化加以考虑,用OpenSEES软件模拟不同使用年限情况下材料性能劣化情况,选取三条地震波进行地震响应分析,研究氯离子对桥梁抗震性能的影响。研究表明:材料性能退化会使桥梁结构在地震荷载作用下的弯矩和位移发生明显的变化,桥梁的抗震性能受到了严重影响,在进行桥梁抗震分析,应当考虑这种劣化影响。     

玄武岩纤维布加固损伤RC梁弯曲疲劳试验研究

结合大量混凝土桥梁存在病害需要加固、桥梁主要承受疲劳荷载的实际情况,研究等幅、变幅疲劳荷载下,粘贴不同层数玄武岩纤维布加固预损伤混凝土梁疲劳寿命、刚度退化速率等。结果表明,1等幅、变幅疲劳荷载作用下,粘贴2层、3层玄武岩纤维布较粘贴1层试验梁疲劳寿命均分别提高20%、40%左右;粘贴相同层数玄武岩纤维布时,变幅疲荷载劳作用较等幅疲劳荷载作用试验梁疲劳寿命降低16%左右。2变幅疲劳可显著加快试验梁钢筋应变、跨中挠度发展,其跨中挠度和疲劳次数关系曲线表现为明显"凹"型。3未粘贴纤维布等幅疲劳时试验梁刚度衰减速率为0.313MN·m~2/万次,粘贴1层、2层、3层纤维布等幅疲劳时试验梁刚度衰减速率为0.014MN·m~2/万次左右,粘贴1层、2层、3层纤维布变幅疲劳时试验梁刚度衰减速率为0.050MN·m~2/万次左右,可见粘贴玄武岩纤维布可降低试验梁疲劳刚度衰减速率,变幅疲劳显著增大试验梁疲劳刚度衰减速率。     

组合体系拱桥承载能力验算及荷载试验研究

我国交通流量的逐年增大,超载、偏载现象的频繁出现对在役桥梁的安全性提出了更高的要求。为了保证桥梁在服役年限内可以正常使用,必须要对其进行安全评估。在桥梁的安全性评估领域,基于桥梁设计相关规范的承载能力验算以及荷载试验是现阶段最主要方法。对某组合体系拱桥进行承载能力验算及荷载试验研究,结果表明:该桥承载能力满足规范要求,桥梁在静载试验荷载作用下处于线弹性工作状态,有障碍行车试验实测结果表明路面平整性可以改善结构工作性能。验算及试验结果可以为该桥运营阶段的管控及同类桥梁的承载能力评估提供参考。     

高性能混凝土梁通电锈蚀及疲劳试验研究

通过对4种不同配合比的高性能混凝土梁的疲劳试验,分组研究了3种不同应力比的高性能混凝土梁在水环境中通电腐蚀的钢筋锈蚀情况,以及不同应力比下梁的疲劳寿命及力学行为失效机理,并绘制了不同配合比试验梁疲劳S-N曲线,拟合出了S-N曲线方程.通过分析高性能混凝土梁的疲劳破坏形态及锈蚀率,对比不同水胶比的混凝土梁的受力性能,得出了高性能混凝土梁在疲劳荷载循环下的抗弯承载力、跨中挠度、截面应变、裂缝宽度的影响规律,以期对钢筋混凝土梁在电机车运行状况下的疲劳性能与杂散电流腐蚀进行探讨.研究结果为青海地区低锈蚀率高性能混凝土梁疲劳性能评估提供理论依据,从而改善混凝土结构在该地区耐久性和安全性问题,提高高性能混凝土结构的使用寿命.     

橡胶与塑料材料的疲劳裂纹处理方法

预测疲劳裂纹形成方法认为寿命取决于特定数值的应力或应变历程。疲劳裂纹形成寿命可定义为产生一定尺寸裂纹所需的循环次数。材料疲劳强度试验预测部件疲劳寿命的难点在于所施加的应力和应变本质上通常是多轴的,单轴拉伸疲劳和能量释放速率在这方面的应用价值是有限的。按照研究的目的,可简单地评估不同材料的相对疲劳性能,作为包括长期老化影响在内的总体测试项目的一部分。对于部件寿命预测,在工作环境条件下应尽可能用实际大小或按比例缩小的模型进行。     

有拧紧力矩复合材料单钉接头疲劳寿命预测

通过对有拧紧力矩复合材料单钉接头疲劳加载过程应力分析及材料三维疲劳失效准则损伤判定,并结合建立的疲劳加载材料退化模型、材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据,建立了基于三维累积损伤分析的层合板接头疲劳载荷作用下寿命预测方法。最后,对拉-拉疲劳载荷作用下有拧紧力矩层合板接头的疲劳寿命及破坏模式进行了模拟分析,并与试验结果进行了对比,结果表明,建立的寿命预测方法能够很好地预测有拧紧力矩复合材料单钉接头的寿命以及破坏模式。     

基于断裂力学的钢桁架桥安全性能评估

为了更好评估钢桁架桥在长期车辆荷载作用下的安全性能,基于断裂力学分析方法,提出了对在役刚好桁架桥梁安全性能评估的流程。评估流程如下:识别临界构件;求临界裂纹大小;求解裂纹从初始长度到临界尺寸的增长时间;计算钢桁桥的剩余寿命以此为断裂力学在钢桁架桥中的应用提供了参考。     

最大荷载对硬质聚氯乙烯疲劳裂纹扩展的影响

为研究相同应力比下最大疲劳荷载对硬质聚氯乙烯（UPVC）疲劳裂纹扩展的影响，开展了单边缺口三点弯曲SE(B)试件Ⅰ型疲劳裂纹扩展试验，基于Paris公式绘制了疲劳裂纹扩展速率曲线，对试件断口微观形貌进行对比分析。结果表明：在不同荷载条件下，随着最大荷载降低，UPVC疲劳寿命增加；UPVC疲劳断裂过程符合次级断裂模式，最大荷载越大，断口微孔洞、纤维拉丝越明显。     

碳化-冻融作用下钢筋混凝土梁承载力衰减分析

为了研究碳化-冻融环境对钢筋混凝土梁承载力的影响,对钢筋混凝土试验梁进行了多重循环碳化-冻融交替作用下的加速腐蚀试验,然后对完成腐蚀试验的钢筋混凝土梁进行抗弯荷载试验.通过荷载试验获得腐蚀梁的应变变化、裂缝发展及荷载位移曲线,分析碳化-冻融耦合作用对试验梁承载力衰减的影响.结果表明:荷载试验过程中腐蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本满足平截面假定,相同荷载下受腐蚀梁的跨中应变大于未腐蚀梁的应变值;与未腐蚀钢筋混凝土梁相比受腐蚀梁的裂缝出现的较早,裂缝较宽、数量较少;从试验梁的荷载-位移曲线可知同一级别荷载作用后梁体跨中位移值随碳化-冻融腐蚀周期的增加而增大,极限荷载随腐蚀周期的增加而降低.根据试验梁荷载试验的实测数据提出了钢筋混凝土梁在全寿命周期内承载力时变衰减系数的计算公式,并通过有限元模拟分析验证了其正确性,该系数可用于我国严寒区钢筋混凝土结构的承载力衰减模拟分析和评估,成果可为实际工程参考.     

某空腹式混凝土箱拱桥静载试验评定

荷载试验方法可较为直观地测定桥梁结构的健康状况,在试验荷载下测量桥梁结构的应力和挠度,并与理论计算值进行对比,以此确认桥梁重点受力部分的应力和挠度值是否在设计值允许范围之内或正常运营的技术要求范围之内,从而对桥梁结构进行荷载评估。本文以某空腹式混凝土箱拱桥为研究对象,开展静力荷载试验。通过试验数据和模型计算数据的对比分析,研究该桥在荷载作用下的力学性能,试验结果可为该桥的运营管理和同类桥型的受力分析提供参考。     

循环荷载下再生混凝土疲劳试验*

为了研究再生混凝土循环荷载下的疲劳寿命,采用实验室废弃[C30]混凝土试块,加工处理制成连续粒径级配的再生骨料（5～31.5 mm）,用这种再生骨料部分取代天然骨料配制的混凝土试样（100 mm×100 mm×300 mm）进行循环荷载试验。结果表明：随着荷载上限幅值的增大,再生混凝土疲劳寿命逐渐减小。并对再生混凝土疲劳寿命随荷载上限幅值进行线性拟合,且相关系数R的绝对值均大于0.9,表明疲劳寿命与荷载上限线性相关。另外,通过对再生粗骨料取代率与疲劳寿命之间的变化关系研究,得到了当再生粗骨料取代率小于等于50%时,疲劳寿命减小趋势不明显;当再生粗骨料取代率大于50%时,疲劳寿命曲线斜率明显增大,表明疲劳寿命减小趋势迅猛。因此,当采用再生粗骨料进行路基路面施工时,建议再生粗骨料取代率小于等于50%。