缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法

为估算工程构件的疲劳寿命,建立一种基于损伤累积理论的多轴疲劳寿命预测方法.利用有限元法和疲劳损伤累积理论对6种损伤参量进行修正,计算得到在单轴、双轴比例、双轴非比例、三轴比例和三轴非比例循环载荷作用下疲劳损伤累积规律,建立一种幂指数形式的损伤演化方程,估算疲劳寿命,并与试验结果进行比较.计算结果表明:单轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是线性的;多轴疲劳载荷作用时,损伤累积规律是非线性的;由这种方法预测的双轴比例、非比例加载的疲劳寿命与试验值吻合得很好.得到一种可解决三轴非比例加载疲劳问题的寿命预测方法,这种方法所需由试验确定的常数少.     

高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究评析

高耸高层钢结构焊缝在风和地震作用下的疲劳裂纹萌生和扩展是一种危及结构安全甚至引起结构倒塌的钢结构重要破坏形式,已经引起国际土木工程领域的关心和重视.高耸高层钢结构焊缝多轴高周弹性应力疲劳和多轴低周塑性应变疲劳劣化机理和寿命预测的研究现状是:1)焊缝应力和应变演化过程分析;2)焊缝疲劳损伤表征;3)焊缝疲劳寿命预测与设计方法.在此基础上指出未来的主要研究方向,包括:1)焊缝多尺度应力和应变状态模拟方法;2)焊接残余应力场的产生机理、分布模式和松弛规律;3)焊缝等效疲劳损伤参量的数力学表征;4)焊缝疲劳劣化机理;5)焊缝疲劳寿命预测方法.研究结果可为高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究提供参考.     

基于动态响应特性的点焊疲劳损伤参量

针对不同疲劳损伤累积量,研究了点焊疲劳试件的固有频率变化特性.研究结果表明,试件的固有频率与所承受的循环数比成非线性关系.提出了一个由固有频率相对变化来描述的疲劳损伤参量,并利用疲劳损伤理论,建立了非线性疲劳损伤演化模型.结果表明,所提出的疲劳损伤参量能够很好地描述点焊接头疲劳损伤特性,疲劳寿命预测误差在两个因子之内.     

基于临界平面法的混凝土疲劳寿命预测研究

利用疲劳分析的临界平面方法和有限元分析手段,以塑性应变能密度为损伤参量,计算混凝土疲劳试件在疲劳载荷作用下的累积损伤,得到损伤累积规律,结合实验结果建立疲劳损伤累积方程,并得到临界最大累积损伤及其产生的位置.考虑载荷水平的影响,得到规范化的临界塑性应变能密度和应力水平的关系方程.结合疲劳损伤累积方程和损伤与应力水平关系方程,对试件疲劳寿命进行预测,预测结果与实验结果吻合很好.     

一种新的随机疲劳寿命预测方法

根据疲劳损伤具有局部性的特点,在应力场强法的基础上,提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场理论;该理论可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响．通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析,提出一种随机加载疲劳寿命预测的局部应力应变场强法;由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命,其精度要好于传统的局部应力应变法．     

高速铁路隧道基底软岩动力累积损伤特性

利用相似材料模拟高速铁路隧道基底软岩,采用荷载控制和非对称正弦波循环加载方式对软岩试件进行动三轴疲劳与损伤检测综合试验。通过试验结果分析,建立了软岩3参数多项式疲劳寿命计算模型和4参数多项式累积损伤参量计算模型,获得了软岩疲劳损伤特性,即：软岩疲劳破坏表现为端部拉-剪复合破坏和中部压-剪复合破坏两种模式;疲劳破坏全过程表现为初始微孔隙压密、裂纹发生与稳定扩展以及损伤裂纹加速发展3个发展阶段;软岩疲劳寿命主要取决于本身强度和动应力水平,强度愈高、动力应力水平愈低,其疲劳寿命就越长;当动应力水平相同时,软岩疲劳寿命与其弹性模量呈线性增长关系。     

线性疲劳损伤累积理论的研究

为解决两级载荷作用下的材料常在损伤值不为一时破坏的问题,在原有常用疲劳累积理论的基础上,考虑加载顺序与领域潜在损伤对材料疲劳寿命的影响,首先建立了一种线性疲劳损伤累积模型及其数学公式.然后利用两种材料疲劳实验数据,通过该模型预测其疲劳寿命.所得结果符合实际.最后得出该模型及其数学计算公式对材料进行寿命预测是可行的.     

基于柴油机考核工况的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法

针对曲轴耐久性试验周期长、费用高等问题,提出一种基于柴油机台架考核试验的曲轴疲劳耐久性模拟试验方法.该方法使用有限元瞬态分析计算获得曲轴在4种主要考核工况下的应力时间历程,按不同工况考核时间比例编制了疲劳载荷谱,根据疲劳损伤累积理论计算出曲轴可持续工作时间,并提出了耐久性评价方法.以某曲轴为例,叙述了模拟试验方法的应用过程.应用结果表明,该方法可以对曲轴考核工况的耐久性进行模拟,也可用于曲轴设计时的疲劳寿命预测.     

应用分形插值及分形维数预测混凝土损伤裂纹

分形理论可用于研究混凝土在损伤演化期间形成的极其不规则的微裂纹.首先运用分形插值构造了迭代函数系统,预测了损伤裂纹,然后使用网格盒子法计算了分形维数,定量的描述了损伤裂纹.同时,在构造迭代函数系统时根据观测数据提出了一种确定纵向压缩因子的数值方法,这种确定纵向压缩因子的方法较前人的工作而言考虑了每个插值区间上的偏差值,将整体的变化特征映射到局部中,会使得插值更加准确,模拟形态更加逼真.最后通过算例的计算结果验证了此模型的有效性.     

封闭腔内高瑞利数层流自然对流数值模拟

采用两种时间推进数值方法，对封闭腔内层流自然对流换热进行了各种瑞利数(Ra)条件下的模拟研究，总结了流态转捩时所表现的数值模拟方面的某些现象规律．当瑞利数不大于10^6时，两种数值方法计算结果一致，计算精度高．当瑞利数大于10^6后，数值收敛及计算结果与网格数，网格疏密程度，时间步长，松弛因子等因素密切相关，而与所选择的两种数值方法无关．给出了封闭方腔自然对流流态转捩临界瑞利数．     

阶背式MIRA模型气动阻力数值模拟网格无关性研究

对汽车气动阻力数值模拟结果影响较大的网格划分形式和方法进行了对比研究.利用现有充分的计算资源,建立阶背式MIRA模型,通过划分常见的四面体网格和混合网格,分别对两种网格形式在整车周围和车身尾部对网格进行加密,并保证足够多的网格数量,得到了数值稳定的网格无关性的阻力系数结果,总结出了阻力系数随网格加密的变化趋势,并与现有风洞试验值进行对比分析.结果表明：网格一旦加密后阻力系数即有显著下降,随着网格数的不断增加,阻力系数均呈现出明显的下降趋势,且下降幅度逐渐减小,最后都能在3000万网格左右得到网格无关性的结果.最终四种方案的阻力系数值均小于风洞试验值,且与之存在一定的误差.     

地铁转向架焊接构架疲劳强度评估方法研究

针对地铁转向架的焊接构架疲劳强度评估问题,以某城市地铁的转向架构架为原型,对比分析了两种疲劳强度评估方法.采用ERRI B 12/RP 17报告中提出的疲劳强度校核方法计算相关应力,基于DVS 1612标准修正Haigh图中的许用应力幅,再利用修正的Haigh图对构架焊缝进行疲劳强度校核.同时,根据Miner线性累积损伤理论,结合BS 7608标准,对构架焊缝进行线性累积损伤计算.累积损伤值计算结果与疲劳强度校核结果基本一致,均显示在横梁与侧梁连接处疲劳线性累积损伤值最大.对于中、低缺口效应的对接和搭接焊缝,基于无限寿命设计的疲劳强度评估方法偏保守,而对于高缺口效应的角接焊缝,基于BS 7608标准的疲劳强度评估方法偏保守.建议在实践中先对整体焊缝结构进行基于无限寿命设计的疲劳强度评估,再对高缺口效应的焊缝进行基于BS 7608标准的疲劳强度评估.     

钢桥面板U肋与顶板焊根疲劳寿命预测方法对比分析

为了对正交异性钢桥面板U肋与顶板焊缝疲劳细节进行轮载作用下受力分析及损伤度预测影响因素分析,以南京长江三桥及实测车流数据为背景,建立多种有限元模型,对不同的疲劳效应计算方法进行对比分析.结果表明:钢桥面板的应力幅计算中,采用国内车轮横向分布模型所计算的轮迹修正系数约为欧洲规范车轮横向分布模型的0.7~0.8倍.基于累计损伤破坏准则,名义应力法偏安全;有效缺口应力法的预测稳定性不够;针对文中钢桥面板细节的有限元疲劳寿命预测,1 mm热点应力法理论性强,结果稳定性好,结果最为精确.建议使用该方法对钢桥面板顶板与横隔板细节进行疲劳预测.     

焊缝宽度对对接接头疲劳强度的影响

基于建立的Q235A钢对接接头3D实体模型进行有限元分析,模拟焊缝宽度对焊缝对接接头疲劳强度的影响. 使用ABAQUS CAE软件建立8种不同焊缝宽度几何模型,对模型进行网格划分并计算结构应力. 基于网格不敏感结构应力法分析对接接头的应力,使用ABAQUS软件中Fe-safe模型进行疲劳寿命预测. 模拟结果表明:对接接头焊缝的疲劳性能先随焊缝宽度增大而增强,随着焊缝宽度的继续增大,疲劳性能反而有逐渐减弱的趋势.     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳-蠕变寿命预测

取加载一个周期内拉应力作用下的应变能密度增量为材料的损伤变量,由迟滞回线所围面积导出了该损伤变量的计算式;依据材料被损伤会使裂纹扩展,裂纹的扩展会导致试件发生断裂的事实,以J积分为裂纹扩展的控制参量,将裂纹扩展看作纯疲劳损伤与蠕变损伤二者共同的贡献,考虑疲劳-蠕变的交互作用,导出了在两级应力加载下的疲劳-蠕变寿命的表达式;该表达式与加载的波形、材料的疲劳-蠕变速率相关.应用该表达式对316L钢在550℃两级应力梯形波加载下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测值在1.5倍误差因子以内,预测精度较高.     

Q235钢缺口试件随机疲劳寿命试验研究

讨论了一种用于随机载荷下零构件疲劳寿命预估的有效计算方法。引入材料所吸收的弹性应变能和塑性应变能等参量,在等能量损伤法则下推算出稳态条件下随机载荷的等价常幅应力,并利用MTS810疲劳试验机对Q235钢缺口试件进行了试验验证,对于结构设计阶段和改进阶段或应力响应时间历程无法实测的情况,此法尤为可行。     

线性疲劳损伤累积理论的研究

为解决两级载荷作用下的材料常在损伤值不为一时破坏的问题，在原有常用疲劳累积理论的基础上，考虑加载顺序与领域潜在损伤对材料疲劳寿命的影响，首先建立了一种线性疲劳损伤累积模型及其数学公式。然后利用两种材料疲劳实验数据，通过该模型预测其疲劳寿命。所得结果符合实际。最后得出该模型及其数学计算公式对材料进行寿命预测是可行的。     

CFL加固RC梁疲劳寿命预测

目的 建立疲劳寿命预测模型,为加固构件的抗疲劳设计提供新的方法.方法 提出了一种可以同时考虑钢筋、混凝土和碳纤维耦合作用下的动态损伤模型.定义加固梁的剩余抗弯刚度为损伤变量,在正截面应力分析的基础上,运用分段线性原理,分析了碳纤维薄板加固梁在疲劳载荷下刚度衰减规律.结果 利用动态损伤模型,数值模拟了碳纤维薄板加固钢筋混凝土梁受弯构件疲劳损伤全过程,计算了加固梁的疲劳寿命.结论 由于考虑了组成材料损伤机制不同而造成的疲劳损伤过程中的应力重分布现象,动态损伤模型能够较好地预测CFL增强RC梁的疲劳寿命.