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。     

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。     

基于应变能的不锈钢复合钢材低周疲劳性能研究

为了研究不锈钢复合钢的低周疲劳性能，在已有试验的基础上，从应变能的角度对不锈钢复合钢(复层钢材为S31603、基层钢材为Q355B)和基层低合金钢Q355B的疲劳性能进行分析，基于应变能引出标准滞回环的概念，分析循环应变能和材料的Masing特性，并提出一种基于能量的疲劳寿命预测模型。研究结果表明：应变幅是影响不锈钢复合钢和基层低合金钢应变能和低周疲劳寿命的主要因素；两种材料的循环硬化特征主要发生在前几次循环内，而后呈现循环软化特征；在整个加载过程中，两种钢材表现出循环稳定性，且稳态过程占据大部分循环周期；提出的基于应变能的低周疲劳寿命预测模型可以有效拟合不锈钢复合钢和基层低合金钢的低周疲劳寿命曲线，其可以作为应变-疲劳寿命预测的替代方案。     

超高延性水泥基复合材料(UHDCC)的疲劳性能试验研究

UHDCC作为一种具有应变硬化和细密裂缝特性的的超高延性纤维混凝土,在长期承受疲劳作用的桥面连续构造上有良好的应用前景。通过6根UHDCC四点弯曲梁的疲劳试验,对UHDCC的疲劳性能进行了研究。试验结果表明:①在疲劳荷载作用下,UHDCC材料具有明显的多缝开裂和延性破坏特征,随着应力水平的上升,裂缝数目也明显增加。②在相同的疲劳应力下,UHDCC材料的疲劳寿命远大于普通混凝土;在200万次疲劳寿命要求下,UHDCC材料的疲劳强度是普通混凝土的3倍以上。     

钢桥整体节点的疲劳性能研究

指出对于钢桥，节点的疲劳破坏是最主要的破坏形式，以某大桥的整体节点为模型，采用疲劳试验分析和有限元计算的方法对其进行疲劳性能分析，结果表明，该桥梁的整体节点具有足够的抗疲劳强度。     

锈蚀RC梁持荷作用后的疲劳寿命预测模型

为探究锈蚀混凝土梁在持荷损伤后的疲劳寿命规律，文中通过引入锈蚀作用修正系数，建立损伤混凝土梁的疲劳寿命预测模型；根据线弹性断裂力学基本理论，考虑钢筋等效初始缺陷尺寸，建立基于EIFS的疲劳寿命预测模型。并根据S-N曲线方程分析损伤混凝土梁剩余疲劳寿命随着钢筋临界锈蚀率的变化规律，研究表明当钢筋锈蚀率超过7.5%时，损伤混凝土梁的疲劳寿命不足50%。疲劳寿命预测模型与结果可为混凝土结构疲劳性能分析提供参考。     

厚复合材料层压板胶粘接头疲劳性能及局部应力研究

针对不同胶粘长度、不同形状、不同材料的胶粘接头进行疲劳试验,得到最大施加载荷和疲劳循环次数的曲线。运用有限元法研究胶粘层的最大施加载荷与疲劳寿命,发现所有复合材料接头破坏的疲劳次数与最大载荷密切相关。研究表明所有测点的最大剪应力和破坏疲劳次数都分布在一个小范围内,具有较低的分散度,而与接头的形状和粘胶长度无关。表明可以把胶粘层的最大弹性应力作为一种设计准则。     

沥青混合料抗疲劳性能的预测模型

倚载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能。而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响。将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合，在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验；然后，运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响，得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型。     

海洋腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

对8根钢筋混凝土梁进行了大气环境、淡水及海水环境下的疲劳试验,研究了其力学性能及刚度损伤演化规律。进一步分析了三种环境与循环荷载共同作用下试件梁的破坏形态、挠度发展规律和疲劳寿命。试验结果表明,腐蚀和疲劳存在耦合作用,海水腐蚀环境与5%~70%荷载水平作用下,梁疲劳寿命最短。根据理论分析和试验结果,对钢筋混凝土梁在严酷海洋环境下的疲劳寿命及其规律进行了进一步研究,参考已有文献和试验研究结果给出了基于钢筋混凝土梁刚度损伤演化规律的疲劳寿命预测模型,经计算,实测结果与该预测模型计算结果之间的误差不超过13%。     

天津机场第二跑道工程道面混凝土抗冻性能研究

以天津机场第二跑道工程为背景,从配制参数、材料、试验条件等角度出发,开展机场道面混凝土抗冻性能影响因素的研究.基于此,运用混凝土损伤力学理论与材料疲劳理论,将损伤力学的损伤度概念应用于混凝土冻融疲劳破坏损伤中,结合天津机场道面混凝土多年的现场工程试验数据,建立了机场道面混凝土抗冻耐久性的数学预测模型,并将其应用到道面混凝土冬季施工配合比设计中,从而降低道面的耐久性劣化风险,提高机场道面结构安全性,保障跑道使用寿命和飞机飞行安全.     

Fatigue life prediction of heavy mining equipment. Part 1: Fatigue load assessment and crack growth rate tests

Frequent fatigue failure of heavy mining equipment has created the need for fatigue life prediction of its cracked components. As the first step, field monitoring of a cable shovel boom that had a history of chronic fatigue cracking was conducted. A set of load spectra for the boom was constructed from the collected field data. A finite element model of the boom was prepared and calibrated against the test data to predict the stress and strain histories. Eight crack growth rate coupon tests were carried out to obtain the fatigue properties of the material used. Constant amplitude equivalent stress ranges were calculated based on Palmgren-Miner’s cumulative damage rule and crack growth rate tests results.     

连续油管疲劳寿命预测模型的建立

连续油管的失效主要是弯曲疲劳失效 ,因此连续油管的疲劳寿命成为衡量其可靠性的关键指标。而连续油管的疲劳是应力状态较复杂的多轴超低循环疲劳 ,目前该疲劳寿命预测理论还很不成熟。笔者在综述了连续油管疲劳研究方法的基础上 ,利用等效应力建立了连续油管的疲劳寿命估计模型 ,得到了一个可应用于油田现场实际的半经验寿命公式 ,并用实验结果进行了验证     

Experimental study on low cycle fatigue strength of beam-to-column connections in steel bridge bents with different plate assembling and material mismatching

This study examined the effects of inherent defects due to plate assembling and material mismatched condition between base and weld metal on the fatigue strength of beam-to-column connections. Low cycle fatigue tests were carried out on specimens with different plate assembling systems and material mismatched conditions. The test results revealed that the global load-displacement relationships from specimens with different plate assembling systems and material mismatched conditions are similar, meaning these effects involve only local behavior of specimens. However, the fatigue strength of the specimens strongly depends on the location of defects resulting from plate assembling and mismatched conditions. The specimen with the undermatched conditions and the existing defect located closer to the corner of beam-to-column connection tends to have lower fatigue strength. The fracture surfaces indicated that failure patterns of specimen are different regarding mismatched conditions. While the crack propagated through the weld metal for the undermatched condition, it propagated towards the boundary between base and weld metal for overmatched condition. Elasto-plastic shell analysis was performed under the same condition as the experiments. And it is found that when evaluating fatigue strength of beam-to-column connections, the effects of plate assembling system and material mismatched condition should be considered.     

基于三参数威布尔分布模型的铸钢及对接焊缝腐蚀疲劳寿命评估方法

在海洋腐蚀环境和往复荷载耦合作用下，结构会产生腐蚀疲劳问题。为了更准确地拟合铸钢母材及对接焊缝的腐蚀疲劳应力 寿命（S-N）曲线，采用基于三参数威布尔分布对曲线进行修正，得到不同失效概率下的S-N 曲线表达式。采用概率权重矩法(PWM)求出威布尔参数的两个通解，其拟合结果接近，相对误差不超过5%。与Stromeyer模型S-N曲线拟合结果进行对比，发现基于三参数威布尔模型S-N 曲线具备更好的弯曲形状且拟合精度更高。对于G20Mn5QT铸钢母材，其拟合结果与疲劳试验值的误差平均值为13.8%；对于对接焊缝，其拟合结果与疲劳试验值的误差平均值为11.8%。     

On the tensile strength of rivets in thin sheet materials and fibre metal laminates

The low pull-through strength of mechanically fastened joints in composites is well known. The failure mode is frequently by the fastener head pulling through the laminate. Because experimental studies on multi-row joints in fibre metal laminates (ARALL and GLARE) have demonstrated a significant rivet strength reduction due to a similar failure mode, the problem assumes new importance. A pull-through strength prediction model based on limit analysis is developed for both conventional metallic sheet materials and fibre metal laminates. A simple formula is derived which shows the dependence on sheet-thickness/rivet diameter ratio and on the material properties of the sheet. The theoretical predictions are compared with available results in the literature, and with further experiments performed on aluminium alloy and GLARE specimens. Good correlation is obtained.     

Fatigue life prediction of heavy mining equipment. Part 2: Behaviour of corner crack in steel welded box section and remaining fatigue life determination

Frequent fatigue failure of mining equipment has created a need for fatigue life prediction of several components that suffer from frequent recurrence of fatigue cracking. The focus of this paper is the frequent occurrence of fatigue cracks in the boom of cable shovels, which consists of a twin box girder joining together near both extremities. After the determination of load spectrum and the material fatigue properties by field monitoring and material testing, the fatigue behaviour of a cracked shovel boom was investigated. Two-tip corner cracks were of particular interest since they are commonly observed in the field. These cracks typically initiate in the flange at the toe of web to flange or flange to diaphragm welds and propagate into the web. Detailed finite element models with corner cracks were developed for the boom and stress intensity factors for various crack configurations were evaluated from the finite element analysis results. The growth behaviour of corner cracks was studied and a simplified method is presented for the fatigue life prediction. Fracture toughness tests were conducted on single edge notch bend specimens at room temperature and low temperature (−50 ^°C). The remaining life of a cracked boom is then determined based on brittle fracture or unstable crack growth.     

HRB500高强钢筋闪光对焊焊接性能

针对工程应用前景广阔的HRB500高强钢筋,对其闪光对焊焊接试件的力学性能、维氏硬度、金相显微组织及疲劳强度进行试验研究与分析,主要结论为：HRB500高强钢筋闪光对焊焊接性能良好,闪光对焊前后其强度和冷弯力学性能变化不大,焊件拉伸断口形貌具有明显延性断裂特征,且断口远离焊缝位置;闪光对焊使焊接接头区域产生贝氏体,从母材向焊缝区域过渡,维氏硬度先增大后又有所降低,焊缝位置的维氏硬度与钢筋母材相当;由S-N曲线模型和升降法得到母材与焊件的疲劳强度及其发展规律,焊件的疲劳寿命更为离散,且普遍低于母材的疲劳寿命;对应200万次疲劳荷载作用时,焊件的疲劳强度较母材降低的更明显;对应107次疲劳荷载作用时,两者疲劳强度相当,仅约为其母材抗拉屈服强度的36%;焊件疲劳破坏大多发生于焊缝位置,且具有明显的疲劳破坏特征。     

基于连续介质损伤力学的坑蚀钢筋高周疲劳寿命与损伤分析

以实测HRB400钢筋的疲劳损伤模型参数为基础,结合加速锈蚀钢筋蚀坑形貌和疲劳试验结果,通过二次开发在Abaqus平台上实现了坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测和损伤过程分析.结果表明:坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测结果与试验值吻合较好;坑蚀钢筋蚀坑处存在应力集中,疲劳损伤主要集中在蚀坑底部附近,疲劳前期和中期损伤发展缓慢,疲劳后期疲劳损伤迅速累积;坑蚀钢筋弹性模量随循环加载次数的增加而降低;坑蚀钢筋蚀坑底部的应力在疲劳后期迅速降至较低值,并向周边转移,应力重新分布.     

重型采矿设备的疲劳寿命预测第一部分：疲劳荷载评估和裂纹发展速度试验

重型采矿设备的疲劳寿命预测十分重要。首先,对早已存在有慢性疲劳裂纹的铲矿机起动臂进行现场监测,从监测数据中归纳了吊杆的载荷范围。针对试验数据,建立吊杆的有限元模型来预测其压应力和应变。进行了8个裂纹发展速度试验,获得使用材料的疲劳特性。     

低屈服点钢低周疲劳性能研究

近年来,低屈服点钢因其优越的耗能能力而广泛应用于结构抗震中。为了对国产低屈服点钢的低周疲劳性能进行研究,本文对牌号为LY100、LY160及LY225的低屈服点钢进行了大塑性变形下的低周疲劳试验,试验采用应变控制的等幅循环加载,分析了其破坏现象、循环应力响应特征、循环骨架曲线、滞回曲线特点等性能,并基于不同的模型对其低周疲劳寿命进行了预测。结果表明：国产低屈服点钢具有良好的抗低周疲劳能力;Ramberg-Osgood模型可以很好地拟合钢材循环应力-应变曲线;Manson-Coffin模型及Kuroda模型均可有效拟合低屈服点钢的低周疲劳寿命曲线,其中Manson-Coffin模型的拟合精度较好,而Kuroda模型更适用于大应变下疲劳寿命预测。