定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

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.     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.     

非线性疲劳损伤累积理论研究

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，避开等效损伤，并考虑加载顺序、领域潜在损伤和损伤的非线性对材料疲劳寿命的影响，建立了一种非线性疲劳损伤累积模型及其计算公式，并利用两种材料疲劳实验数据，通过该模型预测了它们疲劳寿命，所得结果符合实际，证明了该模型及其计算公式对材料进行寿命预测是可行的．     

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.     

随机恒幅载荷下结构疲劳累积损伤的概率模型

概率疲劳累积损伤理论是产品可靠性评估与疲劳寿命预测的核心问题,其焦点是瞬时累积损伤及临界损伤的概率分布特性。从应力与疲劳寿命的基本关系(即S-N曲线方程)出发,根据应力的概率密度函数推导出疲劳寿命的概率密度函数;基于Miner理论建立了一种适用于疲劳可靠性分析的概率疲劳累积损伤模型;通过具体实例对所建模型的有效性进行验证和分析。结果表明:该模型能够很好的反映外因(载荷特性)及内因(材料疲劳性能参数)对产品累积损伤分布规律的影响,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了理论依据。     

一种结合UKF的疲劳结构剩余寿命预测方法

针对机械系统中疲劳结构的剩余寿命(RUL)预测问题,提出了一种结合无迹卡尔曼滤波算法(UKF)的RUL预测方法.该方法包括疲劳裂纹性能参数评估和RUL预测两个部分.在性能参数评估部分,通过对Paris疲劳裂纹扩展公式进行离散化,建立了参数状态空间评估模型,并利用传感器获得的实时状态信息结合UKF算法对状态空间评估模型中的疲劳性能参数(C和m)以及疲劳裂纹长度表现出的不确定性进行评估,以避免状态信息不完备、工况噪声等不确定因素对结构疲劳寿命预测的影响;在剩余寿命预测部分,利用UKF算法评估得到的参数结果,结合离散化得到的递推裂纹扩展模型,对结构的剩余寿命进行预测.仿真结果表明:提出的方法能够很好地处理疲劳裂纹扩展模型中疲劳性能参数的不确定性,且在剩余寿命预测上,通过与扩展卡尔曼滤波算法(EKF)进行比较分析,发现所提方法能够更准确地预测结构疲劳裂纹的RUL.将离散的Paris疲劳裂纹扩展公式和UKF算法进行结合,能够有效地提高疲劳结构的剩余寿命预测精度.     

神经网络在锈蚀钢筋疲劳寿命预测中的应用

在锈蚀钢筋轴向拉伸疲劳试验的基础上,利用BP神经网络较强的高次非线性能力和自学习能力,建立预测锈蚀钢筋等幅疲劳寿命的BP神经网络模型。基于非线性疲劳损伤理论,把等幅疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的疲劳寿命预测神经网络模型进一步发展成变幅疲劳荷载作用下的锈蚀钢筋疲劳寿命预测神经网络模型。通过利用锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳试验数据对该模型进行训练和检验,证明所建立的预测锈蚀钢筋变幅疲劳寿命的BP神经网络预测模型精度较高,适用性强,可为锈蚀混凝土桥梁的剩余疲劳寿命评估提供必要的依据。     

基于疲劳累积损伤的输电塔结构剩余寿命估算

建立了风力作用下输电塔结构剩余寿命的估算方法。由于输电线塔体系存在高度的非线性,因此本方法基于疲劳累积损伤的基础理论,通过分析模拟风荷载作用下的三塔两线有限元模型,获取结构构件实时累积损伤,然后依据实时累积损伤对输电塔结构服役期间每年度对应的剩余寿命进行估算。仿真分析表明,该方法可有效解决输电线塔结构的剩余寿命估算问题。     

Fatigue properties of RPC under cyclic loads of single-stage and multi-level amplitude

Fatigue properties of Reactive Powder Concrete (RPC) under axial compression of single-stage and multi-level amplitude in cycles were studied. The tests reveal the fatigue life, the strain and residual life of the RPC samples. Through the analysis of the test results under cyclic loads of single amplitude, the S-N curve of RPC and the evolution rule of macro-damage of RPC were presented, which can be divided into latency stage, stable development stage and instability development stage according to the evolution pattern of the fatigue crack. Accordingly, the development of longitudinal deformation presents the similar three-stage-model, and the proportion of each stage is 15%, 75%, and 10%. According to test results, the fatigue strength reduction factor is 0.564. We brought forward an empirical formula to predict the life of RPC via total longitudinal strain and got the evolving rule for the residual strength of the RPC. The analysis of the test results under cyclic loads of multi-level amplitude shows that the strain under this loading pattern experiences three stages. The characteristic value for the residual strain was obtained. The irreversible damage and non-linear evolution of RPC was described by the development of the residual plastic strain.     

Fatigue Properties of RPC under Cyclic Loads of Single-stage and Multi-level Amplitude

Fatigue properties of Reactive Powder Concrete (RPC) under axial compression of single-stage and multi-level amplitude in cycles were studied. The tests reveal the fatigue life, the strain and residual life of the RPC samples. Through the analysis of the test results under cyclic loads of single amplitude, the S-N curve of RPC and the evolution rule of macro-damage of RPC were presented, which can be divided into latency stage, stable development stage and instability development stage according to the evol...     

预应力活性粉末混凝土-普通混凝土叠合梁疲劳全过程分析

为了推广活性粉末混凝土在桥梁工程中的应用,对预应力活性粉末混凝土（RPC）-普通混凝土（NC）叠合梁疲劳破坏的全过程进行分析. 建立NC、RPC、非预应力筋和预应力筋的疲劳损伤退化模型,结合分段线性法提出预应力RPC-NC叠合梁的疲劳全过程分析方法,并针对考虑RPC抗拉疲劳性能与否这2种情况分别进行计算. 为了验证该分析方法的有效性,对2根预应力RPC-NC叠合梁进行等幅疲劳循环加载,试验结果和计算结果的对比表明,当不考虑RPC抗拉强度时,非预应力筋应力的计算结果明显偏大,导致分析结果过于保守;在考虑RPC抗拉强度的情况下,使用该方法可以较为准确地描述预应力RPC-NC叠合梁的疲劳退化过程.     

金属结构的疲劳损伤有限元分析研究

金属材料的疲劳损伤是工程界早已发现的问题，金属结构的疲劳破损问题正日益突出，为了较好地预测金属结构和构件的剩余疲劳强度与疲劳寿命，必须建立疲劳损伤有限元分析模型，来完整描绘其应力场、应变场以及损伤场的变化全过程．针对金属材料的特点，从损伤力学的基本原理出发，通过切实可行的疲劳损伤演化规律实现损伤理论与有限元软件的结合，建立适用于金属结构的疲劳损伤有限元分析模型，最后通过疲劳试验结果与理论计算比较，对模型进行了分析与评价。     

混凝土抗压疲劳剩余强度损伤模型

目的建立混凝土抗压疲劳剩余强度随疲劳次数衰减的模型,揭示混凝土疲劳剩余强度衰减规律．方法基于连续体损伤力学理论,采用应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动来模拟疲劳过程中损伤阂值的变化情况．结果建立了累积损伤与相应循环损伤能量释放率之间的函数关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,在高周疲劳过程里损伤模量表达式中D是变量,且与剩余强度有关．利用模型编制计算机程序,绘出了不同最大应力水平下混凝土疲劳剩余抗压强度的衰减曲线．结论变量D反映出混凝土疲劳剩余衰减的特性,模型的计算结果能较好反映试验结果的变化规律．     

Corrosion damage evolution and residual strength of corroded aluminum alloys

The LY12CZ aluminum alloy specimens were corroded under the conditions of different test temperatures and exposure durations. After corrosion exposure, fatigue tests were performed. Scanning electron microscopy and optical microscope analyses on corrosion damage were carried out. The definition of surface corrosion damage ratio was provided to describe the extent of surface corrosion damage. On the basis of the measured data sets of the corrosion damage ratio, the probabilistic model of corrosion damage evolution was built. The corrosion damage decreased the fatigue life by a factor of about 1.25 to 2.38 and the prediction method of residual strength of the corroded structure was presented.     

Experimental and theoretical research on residual strength of plain concrete under compressive fatigue loading

To investigate the residual strength of concrete under fatigue loading, experiments were conducted to determine the functional relation between residual strength and the number of cycles. 80 100mm × 100mm × 100mm specimens of plain concrete were tested under uniaxial compressive fatigue loading. Based on probabili- ty distribution of the residual strength of concrete under fatigue loading, the empirical expressions of the residual strength corresponding to the number of cycles were obtained. There is a good correlation between residual strength and residual secant elastic modulus. Thus the relationship between residual secant elastic modulus and the number of cycles is established. A damage variable based on the longitudinal maximum strain is defined, and a good linearity relationship between residual strength and damage is found out.     

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.     

Residual strength model for composite laminates

To research the approach of predicting composites fatigue life,the cumulative fatigue damage of fiber-reinforced plastic laminates(FRP) was investigated,and based on the complex exponential function,the residual strength model was obtained. This model can accurately describe the propagation of cumulative fatigue damage of FRP in three stages,especially in the initial stage and the ceasing stage. Applying this model in the experiment with two loading cycles,it can be found that the prediction result has good coincidence with experimental data. So a reliable residual strength model can be provided for studying the cumulative fatigue damage of FRP.