钢桥面板顶板-U肋焊缝多轴疲劳效应评估

为了评估顶板-U肋焊缝多轴疲劳效应,定义了主要应力分量为坐标轴向幅值最大的正应力。基于弹性力学对比了单、多轴疲劳应力,提出了采用绝对值最大的主应力与主要应力分量的偏差值δ作为多轴疲劳评判依据。建立了钢桥面板节段模型和顶板-U肋细节子模型,对细节处多轴疲劳变形和应力状态进行了评估。为了定量单、多轴疲劳寿命评估的差异,定义了疲劳寿命比R,理论推导得R-δ关系,并通过试验和有限元分析加以验证。研究结果表明:单轴荷载下绝对值最大的主应力等于主要应力分量,多轴荷载下两类应力存在偏差,偏差越大,多轴疲劳效应越显著;对于顶板-U肋焊缝,多轴疲劳效应随荷载中心线偏离焊缝位置越发显著,横隔板处顶板-U肋焊缝的多轴应力状态更为明显; R与δ3成正比,该关系为在单轴疲劳评估的基础上进行多轴疲劳寿命评估提供参考。     

混凝土多轴疲劳损伤

混凝土复杂应力状态下的疲劳损伤公式可由单轴应力状态下的疲劳公式推广而得，应用时只需采用与混凝土静破坏准则相适应等效应力代替单向应力，等效应力最大处即为疲劳破坏起源处。     

非比例过载对低周疲劳寿命的影响

低周疲劳研究结果表明：当周期性非比例过载的最大正应力面与常幅载荷的最大剪应力面取向接近或一致时，或前者最大剪应力面与后者最大正应力面取向一致时，由于疲劳裂纹扩展第Ⅰ阶段向第Ⅱ阶段转变的提前发生，将导致累计疲劳寿命明显下降。     

9%~12%Cr马氏体钢蠕变疲劳寿命的影响因素研究

根据P92钢在600℃下、X12CrMoWVNbN10-1-1钢在620℃下以及P91钢在575℃下应力控制加载蠕变-疲劳交互作用试验数据,研究了9%~12%Cr马氏体钢蠕变-疲劳寿命的影响因素。研究发现,当保载时间较短时,保载时间越长,疲劳寿命越短,但当保载时间较长时,保载时间对疲劳寿命的影响可以忽略不计;保载时间较短时,疲劳寿命均与应力比成反比,但应力比对于疲劳寿命所产生的影响不大,且随着保载时间的增加而逐渐减弱。通过对比X12CrMoWVNbN10-1-1钢在620℃时的疲劳寿命与P92钢在600℃时的疲劳寿命发现,P92钢的疲劳寿命更长;当温度和应力比相同,最大应力为250MPa的P91钢的疲劳寿命比最大应力为260MPa的P91钢的疲劳寿命相对更短,因此温度和最大应力是影响9%~12%Cr马氏体钢蠕变-疲劳寿命的最主要因素。     

双向载荷条件下Ⅰ型裂纹的疲劳扩展

研究了双轴向应力状态下Ⅰ型穿透型裂纹的疲劳扩展规律，采用构形合理一经精确标定应力强度因子值的双向十字形试样，在电液伺服双轴向疲劳试验机上对低合金钢（16MnR0)进行了多种载荷比的疲劳 展速率试验，得到了双轴向应力状态下的Paris方程，为目前按缺陷评定规范依据单轴向疲劳试验所得数据对工程构件进行疲劳评定提供参考数据，并就当前研究者们对于双向应力场中横向载荷对疲劳扩展行为的影响的不同看法进行分析探讨。     

钢疲劳与循环蠕变交互作用损伤力学模型

为了对疲劳与循环蠕变交互作用下的损伤进行定量描述，采用一种新的损伤参量“等效模量”来定义损伤变量，提出了一种损伤力学模型，该模型能够综合体现最大应力和温度的影响.通过16MnR钢在中温应力控制条件下的脉动循环试验，测出在相同温度、不同最大应力以及相同最大应力、不同温度下的损伤变量变化规律.在适当假设的基础上，得到16MnR钢在不同最大应力、不同温度下的疲劳与循环蠕变交互作用的损伤表达式.结果表明，该损伤参量及损伤模型适用于描述在疲劳与循环蠕变交互作用下的损伤进程.     

大型空气球罐开孔结构的强度评定及疲劳分析

采用应力强度评定与疲劳分析的方式探究球罐开孔结构是否满足设计应力强度要求,以2 000 m³的大型空气球罐为例,利用有限元分析软件对空气球罐上、下极板进行了设计工况下的静力分析。计算得到球罐下极板最大应力强度值为334.07 MPa,位于人孔M2凸缘内拐角处,上极板最大应力强度值为404.28 MPa,位于放空口N4接管内壁。在球罐开孔结构选取的14条路径上的应力值作为强度评定依据,上、下极板的最大应力值作为疲劳分析依据。结果表明:其计算结果均满足强度评定标准,空气球罐开孔结构交变应力满足疲劳要求,大型空气球罐开孔结构的设计满足设计应力强度要求。     

风载及导线拉拽复合作用下的高压输电铁塔响应分析

旨在获取风载及导线拉拽复合作用下的高压输电铁塔应力、变形响应及疲劳响应。首先分析了风载与拉拽作用下的铁塔载荷分布,建立了铁塔与风流的有限元分析模型并进行了动特性分析;然后用ANSYS进行了静态响应、谐响应、疲劳响应分析,得到了30 m/s风速下0°、45°和90°风载及导线拉拽复合作用下的应力及变形情况;获取了不同风向情况下铁塔的最大应力和最大变形部位、疲劳响应的危险位置点。结果表明,塔脚斜材下段中部、横担上拉杆中部、横担与导线连接处、塔身中部的横隔是最大应力和最大变形的集中部位;下横担下方第一个横隔与主材连接处、上、下横担与导线连接处是疲劳失效危险位置。     

腐蚀凹坑干涉效应与疲劳寿命计算

为了寻求由于腐蚀凹坑尺寸差异引起的干涉效应对凹坑周围应力的影响和预测腐蚀疲劳寿命,采用ANSYS分析和计算不同中心距和深度的腐蚀凹坑在内压作用下的应力分布规律及其疲劳寿命。结果表明：最大应力值随着凹坑深度而增加,但疲劳循环次数却下降,当凹坑深度与器壁厚度大于1/3时其最大应力增长幅度较大;当两凹坑在相切且凹坑深度大于4 mm时干涉效应最显著,应力集中现象更为严重,其疲劳循环次数急剧减少;当相邻两凹坑不相交时干涉效应不明显,相邻两凹坑的最大应力分布及疲劳循环次数均与单凹坑时相近,即两凹坑之间几乎无影响。     

缺口件疲劳损伤累积规律的研究

为解决传统疲劳方法对于缺口件疲劳寿命估算不准确的问题,引入疲劳损伤累积的概念.利用有限元分析方法,计算了中心圆孔试件在4种疲劳载荷作用下缺口处的应力-应变响应.采用坐标变换的方法得到缺口处在4种疲劳载荷作用下任意材料平面上的应力、应变分量.选取6种损伤参量进行研究,计算得到6种损伤参量随截面位置的变化情况,进而可以确定最大疲劳损伤.为了获得6种损伤模型的累积规律,计算在不同循环内的最大累积损伤,进而获得最大疲劳累积损伤与循环次数的关系.结果表明:中心圆孔缺口件在4种疲劳载荷作用下6种损伤模型的累积规律都为线性.以该结论为基础可估算缺口件的疲劳寿命.     

潜艇结构疲劳裂纹形成寿命的分析

以新的高强度钢潜艇锥柱过渡结构为对象,分析了该潜艇结构疲劳热点处的应力及焊接残余应力,这种焊接结构的焊接残余应力为横向最大值０．３σｓ,纵向最大残余应力０．３５σｓ,计及残余应力影响,用局部应力应变法对该潜艇结构的疲劳裂纹形成寿命进行了计算,结果表明该潜艇结构在给定条件下不会萌生疲劳裂纹。     

高应力水平下表面裂纹疲劳扩展规律的实验研究

多次错误操作或水锤现象等可能引起结构部件承受高应力水平下的疲劳载荷作用。在前人的研究工作中，含表面裂纹板疲劳试验的远场应力水平绝大多数不超过０．６σｙ，。本文通过应力水平为０．８５～０．９５σｙ，的１６ＭｎＲ钢合表面裂纹板的疲劳实验研究，来回答在Ｐａｒｉｓ、Ｃｈｅｌｌ（考虑最大应力的影响）和Ｆｏｒｅｍａｎ（考虑平均应力的影响）等公式中，在这样高的应力水平下究竟哪一个模型更适合描述表面裂纹疲劳扩展速率。实验结果分析表明：对于高韧性材料而言，即使在接近屈服的高应力水平下，Ｐａｒｉｓ公式仍不失为诸多应力疲劳扩展速率描述公式中最有效的。此外，还仔细观察了表面裂纹疲劳扩展的客观几何形貌和微观断裂特征。     

混凝土三轴受压等幅疲劳力学性能试验研究

为研究混凝土在多轴疲劳应力作用下的性能,进行了0.0fc、0．1fc、0．25fc、0．4fc4个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压静载试验和0．1c、0．25fc两个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压等幅疲劳试验,疲劳试验中最小应力水平均为0．1fc,最大应力水平为1．6fc-2．5fc．根据初始定侧压下混凝土三轴压本构特征,试验中将侧压变化的拐点作为其多轴疲劳破坏的判据．试验分析表明,三轴压疲劳荷载作用下混凝土纵向最大、最小应变表现出同单轴和双轴疲劳一样的三阶段规律,而变形模量则衰减不大．由各侧压级别下的S-N曲线得到混凝土在相应工况下的疲劳强度折减系数,其研究成果可为混凝土结构疲劳设计提供参考．     

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能

对8根模拟锈蚀钢筋混凝土梁进行了高周疲劳试验,研究和探讨了模拟锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能。结果表明,交变荷载作用下试件的斜裂纹出现并迅速发展成主裂缝;模拟锈蚀钢筋混凝土梁多在端部发生剪切疲劳破坏;试件的挠度发展、裂缝分布与破坏形态密切相关;随循环次数增加,锈蚀主筋的最大、最小应力不断增长,应力幅值基本不变;混凝土的最大、最小压应变快速增长,应变幅值平稳增长;试件的疲劳寿命具有较大的离散型;同等条件下,锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命往往比锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳寿命长。     

大跨度钢箱梁斜拉桥钢–UHPC组合桥面加固效果评估

为评估钢-UHPC（超高性能混凝土,Ultra-High Performance Concrete）组合桥面对大跨度钢箱梁斜拉桥的加固效果,基于随机车流下应力监测数据,结合《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）对钢-UHPC组合桥面和ERE（冷拌环氧树脂,Epoxy bond chips layer+ Resin asphalt+ Epoxy bond chips layer）桥面的疲劳性能进行了对比评估。利用Miner线性累积损伤准则计算了两种桥面各疲劳易损细节的剩余疲劳寿命。建立有限元模型,对钢-UHPC组合桥面UHPC层的抗裂性能进行了验算;计算了两种桥面钢桥面板的最大挠度及沥青铺装层的最大拉应力。结果表明： ERE桥面面板-纵肋焊缝纵肋侧、横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝处存在较大应力,剩余疲劳寿命分别为214、186、61年;ERE桥面纵肋对接焊缝处在桥梁设计基准期内有疲劳破坏的风险;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性板各疲劳易损细节最大应力幅值均降低到常幅疲劳极限以下,剩余疲劳寿命增长为无穷大;钢-UHPC组合桥面UHPC层的最大拉应力为4.68MPa,抗裂性能满足规范设计要求;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性桥面刚度提升效果明显;加固后,钢桥面板挠度降幅为34%,最大挠度为0.69mm;沥青铺装层最大拉应力降幅为59%,最大拉应力为0.42MPa。经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能满足规范设计要求,桥面铺装层的抗裂性能也有所改善。     

循环载荷应力比对微动疲劳特性的影响

自行设计了实验装置, 研究了柱面—平面接触形式45 号钢在不同应力比(R =0 .00 , 0.25, 0 .50)轴 向循环载荷作用下的微动疲劳特性.确定了各应力比轴向循环载荷作用下的S ― N 曲线, 并对微 动疲劳断裂裂纹位置及断裂特征作了分析.研究结果表明:相同轴向循环载荷应力幅下, 微动疲劳 寿命随着轴向循环载荷应力比的增大而有所降低;微动疲劳断裂裂纹位置都在接近于接触中心而 又略偏于桥脚外侧的位置;在高应力比下断口截面上裂纹扩展的痕迹更明显, 断口截面更规则.     

海上风机支撑结构的频域疲劳评估方法研究

针对风浪联合作用下海上风机支撑结构的疲劳问题,提出一种频域疲劳评估方法.基于风浪散布图,提出风浪联合作用下疲劳热点应力功率谱密度函数的组合方法,并提出多载荷联合作用下最大主应力线性化方法.利用多输入线性系统理论,得到风载荷作用下热点应力功率谱密度函数的计算方法,并对各种谱疲劳损伤计算方法进行对比分析.以3 MW导管架式海上风机支撑结构为研究对象,验证所提方法的计算精度,风载荷作用下热点应力功率谱密度函数计算结果与时域模拟结果吻合较好.该方法简便有效,可用于风机支撑结构疲劳的快速评估.     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

直蚌线发动机活塞疲劳分析

采用三维软件建立发动机活塞的几何模型.利用ANSYS有限元软件对活塞进行静力学分析,找到应力最大部位,运用ANSYS W orkbench疲劳分析功能对应力最大部位进行疲劳分析,得到疲劳寿命,为活塞的进一步改进设计提供理论依据.     

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.