索承式桥梁腐蚀吊索安全性能评估

腐蚀蚀坑是索承式桥梁吊索力学性能退化的主要原因。基于断裂力学和蚀坑等效,考虑腐蚀蚀坑影响,以吊索在荷载作用下的安全系数小于2.5作为吊索失效判据,建立腐蚀吊索承载力安全性能评估方法,并以袁州大桥钢丝腐蚀速率数据为基础,进行参数敏感性分析和算例计算,研究了各工况下吊索失效时的断丝数量和安全系数小于2.5的时间。结果表明,该方法相比较均匀腐蚀理论模型,考虑了钢丝腐蚀蚀坑对吊索承载力的影响,能够预测钢丝断裂数量和安全系数小于2.5的时间。     

钢桥腐蚀-疲劳耦合计算模型及影响因素分析

为了研究钢桥在交通荷载和腐蚀环境共同作用下的疲劳性能,考虑钢桥腐蚀-疲劳耦合效应,建立有2个阶段的腐蚀-疲劳耦合计算模型.在点蚀坑萌生阶段,考虑循环交通荷载对腐蚀过程的加速作用;在裂纹扩展阶段,引入裂纹扩展腐蚀加速因子,考虑腐蚀环境对裂纹扩展的影响.对钢桥顶板和纵肋焊接节点的腐蚀疲劳寿命算例分析表明：考虑腐蚀-疲劳耦合作用的疲劳强度相对于疲劳试验、规范AASHTO、规范BS5400和不考虑腐蚀-疲劳耦合作用的情况,分别降低41.25%、28.80%、44.60%和10.90%.对所建模型开展加载频率、腐蚀环境、腐蚀坑形貌特征等影响因素的比较研究,结果表明：随着加载频率的增加,焊接节点的腐蚀疲劳强度递增,当加载频率大于0.6 Hz时,焊接节点的腐蚀疲劳强度相近;随着腐蚀环境变强,腐蚀电流和腐蚀速率逐渐增大;腐蚀疲劳强度随着腐蚀坑形貌特征的增大而增大.     

LD2CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率可靠性评估

LD2CS铝合金广泛应用于飞机结构中,在腐蚀与疲劳环境共同作用下,材料的使用寿命会大大降低。通过对预腐蚀LD2CS合金的研究,获得了一种基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表达式,为预测铝合金构件的安全寿命提供依据。该表达式表明,即便在腐蚀条件下,铝合金裂纹扩展仍然存在门槛值,而且该门槛值会随着腐蚀损伤变化。     

Effects of Pitting Corrosion on the Fatigue Behavior of Q235 Steel

点蚀坑对Q235钢材疲劳性能影响

研究

徐善华¹,任松波^1,2,王友德¹

(1.西安建筑科技大学 土木工程学院,西安 710055;

2.西南科技大学 土木工程与建筑学院,绵阳 621010,四川)

创新点说明：

本文首先将锈蚀钢材表面点蚀损伤按照损伤特征进行分类,然后,将点蚀坑间交互作用引入交变荷载作用下锈蚀钢材裂纹扩展的研究问题中,增加了锈蚀钢材预测疲劳寿命的准确性。

目的：

研究点蚀坑交互作用对锈蚀钢材疲劳裂纹扩展过程的影响。

方法：

(1) 钢材试件锈蚀过程采用自然环境腐蚀方式,锈蚀龄期分别设置为0.5年、1年、2年以及4年。

(2) 利用PS50三维非接触形貌采集仪对锈蚀钢材表面形貌数据进行扫描采集,并凭借MATLAB软件平台对腐蚀表面点蚀损伤特征参数进行统计分析。

(3) 利用塑性力学理论,建立了相邻点蚀坑交互作用启动临界条件模型。

结果：

(1) 基于相邻点蚀坑的交互作用,量化了不同状态点蚀坑群下的交互因子。

(2) 通过相邻点蚀坑交互因子作用,建立了基于交互作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率计算模型,该模型的计算结果更符合真实实验。

结论：

(1) 钢材在大气环境下,腐蚀初期,点蚀损伤主要以独立点蚀坑状态存在;随着腐蚀时间持续,点蚀坑逐渐连接,交互,甚至重叠。

(2) 随着腐蚀时间持续,钢材试件裂纹扩展曲线的起裂越早。当腐蚀时间超过2年,锈蚀钢材裂纹扩展速率可利用基于交互作用下锈蚀钢材疲劳裂纹扩展速率计算模型进行预测。

关键词：点蚀特征;腐蚀时间;点蚀坑交互;疲劳裂纹扩展速率;预测寿命

     

铬钼钢在氢蚀下的疲劳裂纹扩展研究

对铬钼钢在氢腐蚀环境下的疲劳裂纹扩展行为作了研究．重点考查了在不同的温度、压力、时间和载荷比等情况下的疲劳裂纹扩展特性，并找出了对Ｐａｒｉｓ公式中的系数的影响趋势．从而为石油化工设备的寿命评估、安全评定以及压力容器的可靠性设计提供必要的理论和实验依据．     

硫化氢腐蚀疲劳环境中高压气瓶临界裂纹尺寸计算

针对当前高压天然气瓶缺乏“检验与评价标准”的现状,按照断裂力学与概率统计理论,从H2S应力腐蚀角度出发,在符合实际工况的中等质量分数的H2S溶液、6．7μHz超低周频率下进行了系列试验,得到了腐蚀疲劳裂纹扩展速率dα／dN-△K的数学表达式．用逆推方法,在综合考虑H2S应力腐蚀下的极限裂纹尺寸、腐蚀疲劳环境中的裂纹扩展量、实验数据的随机性与可靠度、不同检验周期实用性的基础上,定量给出了多种检验周期下气瓶初始最大允许裂纹尺寸,绘制了裂纹评定图,为制定气瓶的检验周期及进行寿命评估提供了实验依据．     

计及板厚腐蚀的半潜式平台疲劳裂纹扩展评估

针对半潜式平台疲劳裂纹剩余扩展寿命的计算和预测问题,本文在计及板厚腐蚀的前提下,针对半潜式平台立柱与横撑连接部位的疲劳裂纹进行扩展评估。依照规范选取合适板厚减小系数,利用指数速率模型计算板厚20 a后的腐蚀余量,输入剩余板厚尺寸进行结构整体和局部的响应分析。利用波浪散布数据与传递函数获得离散化的随机疲劳载荷,应用裂纹扩展率单一曲线模型进行裂纹扩展计算,在扩展循环中加入失效评估图FAD进行安全评估,计算得出的裂纹临界尺寸与寿命均比完整板厚下的数值小,而应用单一恒定幅值载荷加载的裂纹扩展寿命比离散化随机载荷加载的数值小。结果表明:在海洋平台结构响应分析中计入板厚腐蚀的影响,利用离散化方式处理随机疲劳载荷与应用FAD进行裂纹扩展安全评估,能提高评估过程及计算结果的合理性。     

Q345圆钢杆的疲劳破坏模型

为研究结构钢圆杆的疲劳破坏模型,以结构钢的椭球面断裂模型为开裂判据,由结构钢圆杆疲劳裂纹的裂尖真实应力场,计算出结构钢圆杆疲劳裂纹的失稳扩展面积、稳定扩展面积和稳定扩展长度.基于结构钢疲劳裂纹随加载次数加速扩展的试验事实,假定结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率是循环加载次数的单调递增幂函数,即双对数坐标系下结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展速率和循环加载次数为单调递增线性函数,积分后得到结构钢圆杆的疲劳裂纹稳定扩展长度和疲劳寿命间的函数表达式,导出结构钢圆杆的疲劳破坏模型.建议的结构钢圆杆的疲劳破坏模型表明,结构钢圆杆的疲劳寿命是名义最大应力、相对应力幅、初始裂纹位置和初始裂纹长度的复杂函数,不能简单化为仅是应力幅的函数.对Q345B圆钢杆进行了常幅循环应力疲劳试验,结果表明,Q345B圆钢杆的疲劳寿命随相对应力幅和名义最大应力的增加而降低.根据Q345B圆钢杆的疲劳试验结果,标定了其疲劳破坏模型参数,验证了建议的疲劳破坏模型精度.     

航空铝合金弹塑性短疲劳裂纹扩展表征分析

铝合金短裂纹扩展行为与长裂纹扩展行为差别很大,而在铝合金结构中短裂纹阶段占据构件疲劳寿命的90%以上。通过对线弹性裂纹扩展模型进行修正,得到了改进后的弹塑性短裂纹模型,并利用LY12CZ铝合金材料进行验证性实验。结果表明:改进后的模型能够统一表征弹塑性短裂纹和线弹性长裂纹的扩展行为。这拓展了裂纹扩展行为的预测范围,对于铝合金构件的寿命预测和损伤容限评估具有重要的参考价值。     

计及裂纹损伤的IGBT模块热疲劳失效分析

以实际IGBT功率模块为研究对象,通过有限元分析技术(FEM),探究裂纹损伤对IGBT模块热特性及疲劳寿命评估的影响规律,通过加速老化实验对有限元仿真结果进行验证.结果表明,焊料层裂纹是造成IGBT模块热阻增加的主要原因,在裂纹未萌生和萌生初期,裂纹对模块热特性的影响较小;一旦模块损伤到某一阶段,随着裂纹的继续扩展,模块热阻将近似指数增大,继续服役将导致功率模块在短时间内失效.通过研究发现,IGBT模块的疲劳寿命不仅与功率循环条件相关,还受到焊料层疲劳现状的影响,因此计及焊料层的疲劳累积效应的物理寿命模型相对于解析寿命模型能够更准确地对IGBT模块寿命进行评估.     

预腐蚀LY12CZ铝合金疲劳裂纹扩展行为研究

腐蚀疲劳是一种在机械应力和腐蚀介质联合作用下的材料退化行为。这种材料退化对于航空工业是一个严峻的问题。因此利用扫描电镜原位技术对于预腐蚀LY12CZ铝合金进行了实验研究。实验结果表明腐蚀损伤对于铝合金疲劳裂纹扩展行为具有强烈的影响,这种影响可以用腐蚀坑深度来表征。并提出了一种评价铝合金腐蚀疲劳裂纹行为的方法。     

岸桥金属结构裂纹扩展及疲劳寿命研究

通过抗疲劳设计的容积损伤设计理论,定量计入初始裂纹缺陷对疲劳寿命的影响,以裂纹的尺寸大小和裂纹扩展速率作为结构损伤大小的判据,来判定结构疲劳寿命和巡检周期.以岸边集装箱起重机（岸桥）金属结构为研究对象,进行具有初始裂纹的结构疲劳寿命分析,为机械设备的安全使用提供理论依据.     

锆-4合金低周疲劳断口三维能量特征研究

为了定量描述锆-4合金低周疲劳断口的疲劳特性,利用小波变换,研究了断口能量在三维空间的变化特征以及试样状态和加载方向对合金疲劳寿命的影响。结果表明在裂纹扩展期,沿裂纹扩展方向上,能量曲线都具有明显的阶段性;断口表面的形貌随裂纹扩展过程变化较大,在裂纹扩展的初始阶段断口形貌最粗糙,而在扩展期后期则比较平坦、光滑;在与裂纹扩展过程垂直的方向上,裂纹的能量远比周边基体能量大,表明锆-4合金疲劳裂纹的形貌明显比周边区域陡峭。进一步研究还发现,相同加载方向,渗氢试样的能量曲线位于无氢试样的上方,说明氢能改善Zr-4     

焊接结构低周疲劳损伤分形演变模型

用宏观与微观相结合的方法研究焊接接头疲劳损伤演变规律。认为焊接接头中疲劳裂纹扩展路径在一定尺度范围内具有分形特征，用分形几何学方法建立裂纹扩展模型，将断裂力学的概念运用到损伤力学演化规律研究中，给出分形有效应力强度的表达式以及损伤演化率方程，推导出损伤演变方程，为从微观层次定量描述焊接结构疲劳断口特征及宏观疲劳断裂特性提供了一种新的有效方法。     

6A02铝合金腐蚀疲劳断口分析

借助于扫描电镜以及能谱分析技术对预腐蚀6A02铝合金疲劳断口形貌进行了研究,分析了带有腐蚀损伤的6A02合金疲劳断口形貌以及合金中的Si,Mg等元素和腐蚀损伤对断裂过程的影响。结果表明其疲劳断口是以韧性为主的多源性断口;腐蚀损伤在试件表面形成的腐蚀坑使得材料局部弱化,成为新的裂纹萌生源;当合金中的Si,Mg元素含量能够完全形成强化相Mg2Si,而不出现单晶Si过剩相时,材料强度与塑性相匹配,能够提高材料的抗疲劳性能。     

低温环境下十字形非传力角焊缝接头的疲劳性能

为了研究低温环境下钢桥焊接细节的疲劳行为和性能,以典型的十字形非传力角焊缝接头为对象,开展室温和?60 °C下的高周常幅疲劳试验;基于三维裂纹扩展数值模拟,分析低温对该焊接细节疲劳裂纹扩展寿命的影响机理. 结果表明,该焊接细节的室温和?60 °C条件下试验S-N疲劳寿命未表现出显著区别,初始焊接缺陷裂纹会在细节焊趾处的多个位置同时扩展;由低温环境导致的钢材断裂韧性的降低不会对该焊接细节的疲劳寿命产生明显影响. 虽然低温会增强钢材抵抗疲劳裂纹扩展的能力,但是该焊接细节的疲劳寿命主要受焊接过程产生的多样化初始裂纹缺陷因素控制;建议采用考虑多裂纹耦合扩展的三维裂纹扩展数值模拟来更加精确地预测疲劳裂纹扩展寿命.     

基于固有频率变化的点焊接头疲劳寿命预测

为得到固有频率随疲劳裂纹扩展的变化规律,在拉剪点焊试样有限元模型中,使用逐渐由少到多断开单元节点的方法模拟裂纹扩展过程.根据损伤力学原理和裂纹在横截面上的投影定义了损伤,建立了基于载荷幅和平均应力的疲劳寿命预测模型.利用此模型预测了实际试样的疲劳寿命.寿命预测结果与实验寿命结果对比表明,此疲劳寿命预测模型能较好地估算点焊结构的疲劳寿命.     

再制造全断面隧道掘进机刀盘多元损伤探究

为解决国内大量全断面隧道掘进机(TBM)未能全寿命使用,以及损伤修复相关问题。通过查阅国内外文献资料,分析TBM刀盘疲劳、磨损、蠕变、断裂等因素的影响程度,研究刀盘微观裂纹扩展机理,结合TBM刀盘特定服役环境(地质参数、结构参数、操作参数等)构建多元损伤模型,从再制造刀盘方面提出了多元损伤耦合框架。