混杂纤维增强水泥基复合材料的疲劳损伤模型

研究了碳纤维、聚丙烯纤维增强混杂纤维混凝土（ＣＰＨＦＲＣ）材料在疲劳荷载作用下的损伤积累和演化规律，建立了相应的疲劳损伤模型，利用该模型对ＣＰＨＦＲＣ材料进行了寿命预测，该模型有较高的精度．     

纤维布加固混凝土梁的疲劳损伤研究

采用损伤理论建立了疲劳荷载作用下混凝土基体、钢筋以及纤维布材料的损伤模型和破坏准则,并利用分段性原理,对碳纤维布加固梁的疲劳损伤进行非线性计算,从而得到加固梁的疲劳寿命和破坏形式。计算结果与试验结果相近,表明该损伤模型及其计算方法的科学性。     

一种混凝土疲劳损伤模型及其有限元实现

混凝土结构在疲劳荷载作用下材料行为会发生变化,损伤的累计对结构产生不利的影响,本文提出了一种简单合适的疲劳损伤模型,并应用ABAQUS有限元软件编写UMAT用户子程序将模型数值化实现,该模型能考虑拉压行为的差异、复杂应力状态和低应力水平疲劳荷载作用下的损伤累计。本文合理调整模型中的材料参数,得出:在单轴拉伸和压缩荷载作用下,该模型的应力应变关系曲线与混凝土规范规定的曲线基本一致;在简单疲劳荷载作用下,损伤随疲劳荷载作用次数的增加有明显的两个阶段,刚开始缓慢增长,损伤累计到一定程度时快速增长;随着应力水平的降低,混凝土材料的疲劳寿命明显增长。本文提出的疲劳损伤模型,结合数值模拟方法,对于研究混凝土结构在疲劳荷载作用下,损伤累计和应力重分布特点以及损伤累计对结构的整体受力性能的影响等具有一定的意义。     

有机纤维与聚合物对水泥混凝土疲劳损伤 性能的影响

有机纤维与聚合物对于改善水泥混凝土的疲劳损伤性能具有重要作用,为探明有机纤维与聚合物对水泥混凝土疲劳损伤性能的影响,结合国内外研究学者的相关研究成果,分析优选了用于有机纤维或聚合物改性水泥混凝土的疲劳损伤变量,系统阐述了其疲劳损伤演化过程,分析了有机纤维与聚合物对水泥混凝土疲劳损伤过程的影响规律,最后,以相关试验研究的疲劳模型为基础,分析探讨了适用于有机纤维与聚合物复合改性水泥混凝土的疲劳损伤模型,以期为其合理化设计与工程应用提供相关依据。     

半刚性基层材料疲劳损伤演化可靠度模型

本文借助损伤力学理论,推导了临界损伤值DC不等于1时,一维应力状态下的疲劳损伤演化模型,在假设材料疲劳寿命服从正态分布、以半刚性基层材料为例利用疲劳试验进行验证,并忽略裂纹扩展寿命的基础上,推导出了一个新的疲劳损伤演化可靠度模型。利用该模型可计算出具有任意可靠度p保障率下的损伤量值Dp,同时表明特定荷载下构件材料损伤量值D具有随机性与离散性,凭借利用传统确定性演化模型计算出的损伤量值D来判定构件的损伤程度,进而评估结构安全性的做法,可能导致损伤被低估而使得已然存在的危险事实被掩盖。     

混凝土结构疲劳全过程分析方法研究

为研究混凝土结构疲劳破坏的全过程，提出一种基于损伤力学的疲劳分析方法。该方法通过引入疲劳损伤本构模型以描述混凝土材料在疲劳荷载作用下的劣化过程。为提高计算效率，将本构模型与非线性有限元方法相结合，发展了一种循环跳跃式疲劳加速算法。基于该算法，结构的疲劳破坏过程可仅通过少量疲劳加载循环的计算加以推测。为保证算法精度，进一步提出基于损伤演化速率的自适应精度控制策略，使分析可根据疲劳损伤演化速率的变化自动调整加速算法的时间跳跃步长。采用该分析方法对混凝土材料与钢筋混凝土梁的疲劳破坏过程进行模拟，并与相关疲劳试验数据进行对比。结果表明：该分析方法可准确预测混凝土结构在疲劳荷载作用下的非线性行为，特别是疲劳加载过程中裂缝的产生和扩展过程；结合疲劳损伤本构模型和疲劳加速算法能够高效及准确地模拟混凝土结构的疲劳破坏全过程。     

混杂纤维混凝土弯曲疲劳性能的试验研究

本文对碳纤维，聚丙烯纤维混杂纤维增强混凝土材料的弯曲疲劳性能进行了较详细的试验研究。根据试验数据给出了ＨＦＲＣ材料的Ｓ－ｌｇＮ曲线，经线性回归得到了材料的疲劳方程。阐明了疲劳寿命，疲劳强度随杂纤维掺量的变化规律。     

钢纤维混凝土疲劳损伤行为研究

研究了轴向压缩疲劳荷载作用下钢纤维混凝土的疲劳损伤演化行为，给出了描述该损伤行为演变规律的力学模型。     

基于连续介质法研究焊接钢节点疲劳裂纹的产生和发展

采用基于连续介质的离散裂纹增长方法对焊接钢节点进行疲劳寿命分析。该方法将材料硬度和粒度的统计信息应用于累积损伤模型。通过疲劳强度试验验证了该方法的准确性,采用该方法预测的裂纹增长速率和疲劳寿命与试验结果一致。     

混凝土疲劳性能研究综述

从混凝土劈拉疲劳、疲劳损伤、黏结滑移本构模型三个角度总结了混凝土疲劳性能的研究进展，发现斜向配箍和加入钢纤维都可以提高混凝土的抗疲劳性能。比较了三种疲劳损伤理论，其中，概率疲劳损伤理论较符合实际，可以用来计算循环荷载下的损伤累计值，另外，对比分析了国内外几种可信度较高的黏结滑移本构模型，发现这些模型趋势大致相同，但峰值存在差异，并提出了引起差异的因素。     

超高韧性水泥基复合材料单轴压缩疲劳性能研究

对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）进行单轴压缩疲劳试验,研究其压缩疲劳寿命、疲劳变形特征、纤维破坏形态以及疲劳寿命方程。结果表明：在单轴压缩疲劳荷载作用下,UHTCC材料的三阶段变形特征与普通混凝土以及钢纤维混凝土类似,所不同的是,该材料在疲劳荷载作用下的变形明显大于其静载包络线,具有更优异的变形能力,在疲劳破坏时呈现更显著的延性特征;疲劳破坏后,疲劳破坏面上的纤维受到严重挤压,其形态不同于纤维初始形态以及单调荷载作用下纤维的破坏形态。UHTCC材料的压缩疲劳寿命服从威布尔分布,p-S-N双对数方程可根据威布尔参数拟合得到。该研究结果可为UHTCC材料的工程应用提供参考。     

路用水泥混凝土疲劳损伤的可靠度分析

为获得路用水泥混凝土在高应力比作用下疲劳可靠度的变化规律,首先推导了水泥混凝土疲劳寿命等单调随机变量的概率密度,然后推导了Miner, Chaboche Zhao和修正Chaboche Zhao疲劳损伤模型的损伤概率密度;借助疲劳试验结果,获得这3种模型的疲劳损伤概率密度函数,最后将荷载循环作用次数代入上述函数,从而获得水泥混凝土疲劳可靠度随荷载循环作用次数的变化规律.结果表明：随着荷载循环作用次数增加,相同应力比下,疲劳可靠度从几乎为100%逐渐衰减为0%;无论何种应力比,在荷载循环作用初期,疲劳可靠度均有一个较稳定阶段,但随着应力比的增加,该阶段逐渐减小,且可靠度为0%时对应的荷载循环作用次数也减小;在可靠度衰减阶段,对于相同荷载循环作用次数,应力比越高,则可靠度越低;此外,Miner疲劳损伤模型比修正Chaboche Zhao疲劳损伤模型偏安全.     

考虑低周疲劳效应的圆管截面钢支撑现象滞回模型

通过ABAQUS分析软件对一系列不同长细比、径厚比圆管截面钢支撑的压屈承载力、非线性屈曲平衡路径、卸载 再加载路径及损伤进行计算和统计，并选取典型构件计算结果与现有试验结果进行了对比，证明了有限元模型的准确性。通过统计的数值数据及现有的试验数据，拟合了简单、有效的圆管截面钢支撑现象滞回模型。该模型采用Coffin-Manson公式和Miner线性累积法则进行支撑低周疲劳损伤预测，建立了材料强度折减与疲劳损伤的相关公式，可以考虑支撑在滞回过程中的一些复杂非线性行为，如受拉屈服、受压非线性屈曲、包辛格效应及低周疲劳效应引起的材料强度折减和断裂等。该模型预测的支撑滞回曲线和累积能量耗散曲线与现有试验和校正的有限元模型的计算结果吻合较好，且计算耗时大幅缩减，适用于圆管截面钢支撑结构的非线性分析。     

2205双相不锈钢疲劳损伤声发射研究

2205双相不锈钢以其强度高、耐腐蚀、耐高温等优点成为桥梁结构的新兴材料,但其在疲劳荷载下的损伤问题对整体结构安全性能影响很大。为了明确2205双相不锈钢材料在疲劳荷载下的损伤发展情况,本文对3组相同矩形截面试件进行了三种不同应力比的拉伸疲劳损伤试验,同时进行声发射信号采集,通过声发射经历图分析探讨了声发射振铃计数及能量与试件裂缝发展程度的关系,并且采用裕度指标对试验过程进行了评估。结果表明,随着应力比的增大,声发射特征参数的循环周次有了一定的增长,且试件损伤进程放缓;同时裕度评价指标的变化范围逐渐减小,说明该指标可以较好地表征试件的疲劳损伤发展情况。基于试验和分析结果建立声发射累计振铃计数-疲劳裂纹长度的疲劳损伤模型,通过该模型得出的计算裂纹与实际裂纹发展趋势较为吻合。故本文研究成果可为2205双相不锈钢材料疲劳损伤检测和评估提供依据。     

基于黏弹特性的沥青疲劳损伤演化规律分析

以疲劳过程中沥青黏弹本构模型参数的变化分析沥青的疲劳机理.首先,结合常规疲劳损伤试验和频率扫描试验设计了循环频率扫描-疲劳试验,并采用该试验测试分析了2种基质沥青在应变控制模式下的疲劳损伤演化规律;其次,建立了沥青损伤过程中黏弹参数主曲线簇变化规律,结合广义Kelvin-Voigt模型分析了沥青黏弹模型特征参数的变化规律;最后,基于敏感性分析,提出沥青疲劳损伤变量指标,并以此阐述了沥青疲劳损伤演化规律.研究发现:沥青疲劳损伤过程中,随着归一化模量值的降低,沥青黏弹参数主曲线簇均向纵坐标轴反方向移动,且其移动间距不断变化,相位角主曲线簇在高频范围内逐渐偏离低频范围时的线性趋势,复数模量-相位角主曲线簇曲线长度呈现两端先缩短后增长的趋势,沥青损耗模量-储存模量主曲线簇长度不断缩短;广义Kelvin-Voigt模型特征参数中仅E_2,E_3,E_4和η_0这4个参数存在2个明显的变化阶段.基于参数敏感性分析,提出以参数(E_2+E_3)/2作为沥青疲劳损伤变量,并验证了疲劳损伤变量变化规律与沥青疲劳裂纹扩展机制的相关性.     

HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤机理研究

HRBF500钢筋是我国冶金行业新研发的超细晶粒高强钢筋。基于配有HRBF500钢筋混凝土梁疲劳试验结果,采用数值模拟计算方法,对其矩形和T形截面混凝土梁的疲劳寿命、疲劳损伤机理进行分析和研究。提出用剩余抗弯刚度来定义其疲劳损伤变量,建立了HRBF500钢筋混凝土梁疲劳损伤演化模型,根据试验结果分析出,HRBF500钢筋混凝土梁的疲劳损伤增长率均随受拉钢筋初始应力的增加而减少,并推出了模型相关系数(疲劳损伤增长率)表达式。结果表明,该模型能够很好模拟HRBF500钢筋混凝土梁的第一和第二阶段的疲劳损伤过程,且根据该模型可以实现对剩余疲劳寿命的预测。     

考虑纵筋屈曲及疲劳损伤的钢筋混凝土柱抗震性能试验研究与非线性分析

基于柔度法的纤维模型能更高效地计算钢筋混凝土柱的材料强非线性受力特征,但不考虑纵筋屈曲、疲劳损伤的钢筋本构模型仍将明显降低其受力后期的数值模拟精度。以8根钢筋混凝土柱抗震性能试验结果为基础,在OpenSees平台上采用可以考虑纵筋屈曲、疲劳损伤的钢筋本构模型以及柔度法纤维模型,对柱的滞回性能进行分析。分析结果表明,与小轴压比柱相比,纵筋屈曲对高轴压比柱峰值荷载之后的水平承载力退化影响更明显;对纵筋长径比小于3.0的柱,纵筋屈曲对非线性分析结果的影响可基本忽略;纵筋长径比为5.00~8.75且柱轴压比较小时,纵筋屈曲对分析结果有一定影响,但考虑疲劳损伤的计算结果能更好模拟柱软化段的水平承载力退化特征;柱轴压比较大且纵筋长径比为6.25~7.00时,考虑纵筋屈曲、疲劳损伤均会明显减小承载力退化的计算误差。同时考虑纵筋屈曲及疲劳损伤的分析结果能更好地反映柱的承载力退化特征。     

预应力混凝土结构在冻融循环条件下的疲劳性能研究

以预应力混凝土试件为研究对象,对不同冻融循环次数条件下的疲劳损伤特性进行分析。混凝土结构在经历一定冻融循环次数后,等效于先进行了一级疲劳加载,根据多级加载疲劳理论,以相对动弹性模量的衰减为参数建立多级疲劳损伤参量,引入冻融损伤因子kn来表征冻融损伤的影响,建立冻融循环条件下的混凝土结构疲劳损伤模型。该模型可考虑试件总体损伤程度。试验验证,模型计算损伤度值与试验值之间的误差在16%以内。     

E319全铸铝合金材料低周疲劳试验研究

针对汽车发动机零部件工作中的低周疲劳效应,影响发动机寿命的情况。对E319全铸铝合金材料在不同温度下进行拉伸试验和低周疲劳试验,分析试验结果,得到了疲劳寿命受到应变幅的影响,并且温度与材料的疲劳寿命呈反比趋势。通过试验得到材料寿命及寿命均值数据,并对数据进行拟合数值曲线,得到E319铸铝合金材料的过渡疲劳寿命,当实际寿命小于计算得到的过渡疲劳寿命时,材料的弹性变形损伤将大于塑形变形损伤。     

水泥砼路面的疲劳损伤研究

本文从细观断裂力学和损伤力学角度出发,分析了混凝土疲劳损伤破坏全过程,引入了构件最危险损伤区域的概念。在此前提下,讨论了材料参数对疲劳损伤的敏感度,定义了一个新的混凝土疲劳损伤描述参量,给出了相应的疲劳损伤扩展规律公式,并提供了预估旧有水泥混凝土路面的剩余疲劳寿命的方法。