高载比和高载出现频率对随机加载疲劳裂纹扩展行为的影响

陈述了以１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试进行的变幅加疲劳裂纹扩展行为研究。通过改变瑞利分布随机荷载谱的高荷载比和高荷载出现频率，改变得复单峰过载谱中高载出现频率，研究了这些因素对疲劳裂纹扩展和寿命的影响。实验表明：随机加载条件下，高荷载对裂纹扩展的影响没有单峰过载加载时大；高载比和高载出现频率是影响裂纹扩展的重要因素；在实验随机加载条件下；高载比和高于２．０时，高荷载才对裂纹扩展有明显的迟滞作用，高载比小于２     

钢桥荷载谱中高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

陈述了在随机加载条件下，Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布荷载谱中高荷载对１６Ｍｎ钢疲劳裂纹扩展影响的研究。实验表明，在比较接近钢桥服役条件的荷载谱中，高荷载循环加速了疲劳裂纹扩展，缩短了裂纹扩展寿命。     

变幅荷载中次高荷载对疲劳裂纹扩展的影响

通过１６Ｍｎ钢紧凑拉伸试件的变幅加载疲劳裂纹扩展试验，研究了次高荷载对裂纹扩展的影响。研究结果表明，次高荷载降低了最高荷载对裂纹扩展的迟滞效应，次高荷载值越接近最高荷载，降低迟滞的作用越大。次高荷载的这种作用可以解释单峰过载和随机加载裂纹扩展的很大差异。     

变幅荷载下钢桥疲劳裂纹扩展规律及长度预测方法研究

为探明变幅荷载对钢桥疲劳裂纹扩展的影响,该文以钢桥面板顶板-竖向加劲肋为构造细节,开展了9组常/变幅疲劳试验,对比分析常/变幅荷载下疲劳裂纹扩展行为,探讨载荷次序、过载比、高/低载循环次数对疲劳扩展行为的影响。在此基础上,采用Kujawski扩展模型对常/变幅疲劳扩展规律进行预测分析,并建议复杂变幅荷载下疲劳裂纹扩展的预测方法。结果表明,变幅荷载下的裂纹扩展存在迟滞和加速行为,其中由高应力幅变为低应力幅时会产生明显的扩展迟滞现象,并且过载比越大、高载循环次数越多,所产生的迟滞现象越明显。变幅荷载下各应力幅加载阶段的扩展速率与对应常幅扩展速率较为接近,可以将复杂变幅荷载下的疲劳裂纹扩展近似等效为多段常幅裂纹扩展,并利用Kujawski扩展模型实现对实际疲劳裂纹扩展长度的初步预测。现场测试及跟踪结果也验证了该文所提出裂纹长度预测方法的合理性。     

随机荷载作用下钢结构疲劳寿命的计算方法

<正> 构件的疲劳荷载是不断变化的,符合实际受荷情况的随机疲劳寿命计算是设计部门十分关心的问题。掌握了钢结构疲劳裂纹扩展规律和随机荷载的分析统计方法,并进行荷载谱中低应力的截止作用及高低应力相互作用的研究以后,就可以计算随机荷载下结构构件的疲劳寿命。作为精确而又通用的方法,当数计算机模拟计算。工程设计常要求提供既简便又有一定精度的简捷算法。为     

循环荷载作用下钢筋与混凝土界面裂纹扩展的模拟

钢筋混凝土的界面脱粘是材料与结构破坏的一个重要方面,循环荷载作用下的界面疲劳问题研究越来越受到关注.基于剪切筒模型和常用加载方式,首先建立了循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力计算模型;借助断裂脱粘准则和描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,得到了界面疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及脱粘界面上摩擦系数与循环加载次数的关系;对处于循环荷载作用下的钢筋与混凝土界面进行裂纹扩展的模拟计算与分析.     

UPVC材料的断面形貌分析

利用扫描电子显微镜(SEM),对UPVC材料断面进行了显微组织分析,这些断面包括准静态荷载作用下的纯I型断裂断面、复合型断裂断面,冲击荷载作用下的纯I型断裂断面、复合型断裂断面。探讨了UPVC材料在准静态裂纹扩展、高速裂纹扩展以及疲劳裂纹扩展的断裂机理。结果发现:UPVC材料在准静态荷载作用下的断裂形式为韧性断裂,在冲击荷载作用下的断裂形式为脆性断裂,在疲劳阶段的断裂形式为偏韧性的。     

D36钢腐蚀疲劳机制研究

D36钢在不同荷载频率下的腐蚀疲劳裂纹扩展机制。通过扫描电镜观察并分析荷载频率为0.2Hz和1Hz两种频率下在自腐蚀和施加保护电位(-80m V)条件下的5000倍断口扫描电镜腐蚀疲劳断面。结果发现:D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展机制主要为阳极溶解,在1Hz时同时出现氢脆现象;阴极保护对低荷载频率的裂纹扩展起到保护作用,对高频率荷载保护效果并不理想,阳极溶解现象并没有得到有效改善。     

弯曲荷载作用下平板贯穿裂纹钻孔止裂试验研究

通过对15个预制裂纹平板试件进行疲劳加载,研究了弯曲荷载作用下钢桥面板钻孔止裂的止裂机理、钢板疲劳性能与影响止裂效果的因素。分析了钻孔后孔边萌生裂纹的起裂点、扩展路径与测点应力变化,对比了不同止裂孔孔位及孔径对试件剩余疲劳寿命的影响。研究结果表明:在弯曲荷载作用下,打孔后的再次开裂点位于原裂纹尖端前方孔壁点,并沿原裂纹方向扩展,孔边裂纹在钢板上、下表面共同扩展;随着裂纹的扩展,裂纹尖端区域能承受的最大应力值逐渐降低;该试验结果表明:止裂孔孔位在0.5 D～1.0 D之间的止裂效果较好,增大孔径可以延长钢板的剩余疲劳寿命。     

碳纤维复材加固钢板表面裂纹疲劳扩展研究

提出半椭圆表面裂纹疲劳扩展的一种有限元计算方法,该方法利用有限元软件计算裂纹前缘应力强度因子,采用Paris公式预测裂纹扩展量,通过有限元网格的自动重构来模拟分析表面裂纹的疲劳扩展过程。以中心表面裂纹钢板为研究对象,验证了所提方法的有效性和可行性,在此基础上,对常幅疲劳荷载作用下碳纤维复材(CFRP)加固钢板的表面裂纹扩展特性及疲劳寿命预测进行了研究。研究结果表明:CFRP加固能有效降低表面裂纹的扩展速率,长度方向由于直接受到CFRP的约束作用扩展速率降幅更大;裂纹形状比对CFRP加固效果影响较大,形状扁平的表面裂纹的疲劳寿命提升效果更好;加固后裂纹形状比相对加固前有所增大,增幅与其初始裂纹尺寸有关。     

应用Beach marking方法检测钢结构疲劳裂纹扩展

掌握裂纹扩展规律是钢结构疲劳性能研究的一个基本问题.本文介绍了一种检测钢结构疲劳裂纹扩展的新型方法,即Beach marking方法.论文首先简述了这种方法测试疲劳裂纹扩展的基本原理,然后通过一个试验案例,展示了这种方法的具体应用和要点.试验表明这种方法简单实用,通过运用合适的疲劳荷载序列,可在疲劳断口留下疲劳弧线,从...     

双格室型GFRP桥面板疲劳性能试验研究

为探究拉挤格室型GFRP桥面板受往复荷载作用的疲劳性能,开展了集中荷载下的常幅疲劳试验,试验测试了四种荷载幅下GFRP桥面板位移和应变响应。研究结果表明：拉挤格室型GFRP桥面板在横向负弯矩作用下,加载点处顶板近结合部位置先萌生纵向裂纹,顶板裂纹经历了前期快速扩展、速率放缓的稳定扩展、破坏前失稳扩展三个阶段;腹板裂纹较晚出现,左腹板（内榫侧）距顶面40 mm内的6 mm板厚段较晚萌生数条纵向裂纹;顶板裂纹对整体刚度影响不大,腹板裂纹会引起腹板中性轴下移,导致GFRP桥面板结构整体刚度退化。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂纹扩展规律研究

为了研究影响超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)疲劳裂纹扩展规律的因素,进行了试验研究。通过调整UHTCC动态断裂试验的加载条件和试验参数得到荷载幅值、加载频率和缝高比对疲劳裂纹扩展速率的影响关系。并通过试验数据拟合,确定了缝高比分别为0.33、0.40的疲劳裂纹扩展公式参数。试验结果表明:加载条件中,荷载幅值对疲劳裂纹扩展速率影响最大,荷载幅值越大,裂纹扩展速率越大;加载频率增大时,裂纹扩展速率趋于减小;在一定范围内,初始缝高比越大,疲劳裂纹扩展速率越大。     

疲劳裂纹钻孔止裂技术研究

结构在循环荷载作用下可能产生疲劳裂纹，裂纹通常源于应力集中部位，在往复荷载作用下会不断扩展直至结构破坏。对于带有贯穿型裂纹的钢板，钻孔止裂是一种很好的临时修复措施。钻孔止裂是在裂纹尖端钻孔，以消除局部的应力集中，阻止裂纹的继续扩展。对特定的疲劳裂纹，止裂孔的直径会影响钻孔止裂的效果。通过弹塑性有限元分析，确定不同直径止裂孔的孔边最不利应变幅值，利用局部应力应变——寿命法，分析和比较了不同止裂孔直径对疲劳裂纹再生寿命和止裂效果的影响。     

疲劳荷载特性对8.8级M24高强度螺栓疲劳裂纹扩展机理影响探析

为研究常幅疲劳荷载特性对高强度螺栓疲劳裂纹扩展的影响,针对钢结构端板连接用8.8级M24高强度螺栓在不同应力比/应力幅作用下常幅疲劳试验所得到的24个试件断口形貌进行定量分析,并采用ABAQUS软件数值模拟高强度螺栓应力集中情况,探讨含初始裂纹高强度螺栓裂纹尖端应力强度因子与荷载特性、预制裂纹形状之间的关系。结果表明：在轴向受拉疲劳荷载作用下,螺母与螺栓啮合第1圈螺纹处为疲劳断裂最不利位置;试件断口稳定扩展区面积与应力比/应力幅呈负相关,快速扩展区面积与应力比/应力幅呈正相关;裂纹尖端应力强度因子随应力比/应力幅的增大而增大;预制半椭圆形裂纹短/长轴之比（a/c）越大,应力强度因子扩展有限元（XFEM）解与解析解误差越大。     

基于3D-ILC超声场致脆性固体单内裂纹扩展规律研究

为揭示超声场(UF)作用下脆性固体裂纹扩展贯通等特性演变,首次引入3D-ILC技术,开展含有内裂纹脆性固体的UF试验,揭示不同激励时长及不同超声功率下的裂纹扩展及试样破坏过程规律。通过分析断口特征揭示超声致裂物理机制,基于Paris疲劳理论开展数值模拟,得到不同超声参数下的内裂纹扩展路径,并与试验结果对比验证。结果表明:(1)3D-ILC有效性得到了证明,为UF的研究提供了一个有力工具。(2)UF下裂纹沿尖端方向扩展,断口存在贝纹线特征,局部存在粉末,判断UF物理机制包含超高周/高周疲劳断裂、裂纹面摩擦、温度荷载。(3)超声波对固体作用集中在原预制裂纹面,完整区域未出现损伤,可认为超声作用具备高度的"裂纹敏感性"。(4)裂纹扩展程度与超声作用时间、超声功率成正相关。(5)利用Paris疲劳模型开展UF数值模拟,裂纹扩展程度与荷载幅值和循环周次成正比,裂纹扩展路径与试验一致。3D-ILC的引入为UF的试验规律、物理机制研究提供了全新的手段,数值模拟方法得到了UF下裂纹扩展路径,与传统上以应力–应变、塑性区等目标的分析方法相比,是一个很好的补充。     

随机变幅荷载作用下焊接节点海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验

本工作采用国产海上平台用钢的T型和十字形板状焊接节点试件,模拟导管架臂节点的弯曲受力状态,在随机变幅荷载下进行了海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验,分别测得在海水自由腐蚀和阴极保护条件下的(~—da/dN)-AK~(NM)关系曲线。对于十字型焊接节点试件,根据试验测得的裂纹扩展速率曲线,用断裂力学方法对其海水腐蚀疲劳裂纹扩展寿命(有阴极保护)进行了估算,估算得到的裂纹扩展寿命曲线与试验数据,以及用线性累积损伤理论估算的寿命曲线,进行了分析比较和讨论。     

拉伸荷载作用下裂纹扩展过程及交汇模式试验研究及其数值模拟

针对数值模拟中,张拉应力作用下多裂纹扩展及交汇模式主要采用假设的方法进行研究,为探究张拉应力作用下多裂纹扩展及交汇的真实模式,对含2条随机裂纹和平行倾斜双裂纹的PMMA试样进行拉伸试验,并借助数字散斑相关方法得到试样在拉伸荷载作用下,位移场等值线分布特征与预制裂纹之间的关系及其对裂纹扩展的影响以及试样破坏时的裂纹交汇形式。基于扩展有限元法采用2种不同交汇模式算法,对试验模型在拉伸荷载作用下的破坏过程进行模拟。研究结果表明:在拉伸荷载作用下,预制裂纹的存在对位移场等值线分布有明显的影响,在预制裂纹附近的等值线与裂纹近似垂直,对裂纹扩展路径有一定的影响;在裂纹扩展中,已存在的预制裂纹对扩展裂纹具有诱导作用,使裂纹扩展方向向其发生偏转,最后与之相交;采用裂纹尖端的坐标和传播方向的归一化方向向量得到参数形式的直线确定的交汇模式与试验观察到的裂纹交汇模式相符。     

CFRP板与钢梁粘接的疲劳性能研究

CFRP板与钢构件粘接疲劳性能的研究目前还不多,制约了该加固技术在桥梁结构中的使用.对一组CFRP板加固钢梁进行了理论分析结合疲劳试验研究,将粘接层的疲劳寿命分为无裂纹寿命和裂纹扩展寿命两部分进行考虑.试验得出在最大疲劳荷载作用下的最大界面主应力和无裂纹寿命的s一Ⅳ曲线.其疲劳极限值约为静载作用下极限界面主应力的30%,与英国规程中的规定相符.由基于最大疲劳荷载时粘接层的能量释放率的Paris Law,推导裂纹扩散寿命的预测公式,并由试验结果求得该公式中的经验系数.与试验结果比较发现,该公式能较为准确的预测裂纹扩展的规律.试验结果还显示,疲劳荷载幅度对疲劳寿命有一定的影响,但远小于最大疲劳荷载的影响.     

尺寸偏差对熔透焊缝连接疲劳强度(寿命)的影响

建立了对接熔透焊缝连接在疲劳荷载作用下的断裂力学计算模型 ,计算连接在疲劳荷载作用下不同阶段的裂纹扩展速率 ,分析存在不同尺寸偏差的连接的疲劳强度 (寿命 ) ,得出了尺寸偏差对熔透焊缝连接疲劳强度 (寿命 )的影响 ,可评估已建钢结构熔透焊缝连接在疲劳荷载作用下的疲劳强度 (寿命 ) ,控制新建结构熔透焊缝连接的尺寸偏差。