基于断裂力学的焊接钢梁疲劳寿命数值分析

研究应用断裂力学理论和有限元方法来数值模拟和预测焊接钢结构疲劳寿命的方法。首先基于两种具有不同焊接构造细节的钢梁疲劳试验中裂纹形成位置和扩展途径,建立了基于应力强度因子概念的疲劳裂纹扩展模型及相关参数;然后讨论如何利用有限元软件ABAQUS进行疲劳裂纹扩展过程中裂纹前缘的单元网格划分和应力强度因子的J积分计算,给出了疲劳寿命预测计算流程。最后经预测结果与试验结果的比较,验证了焊接钢结构疲劳寿命的数值分析模型和方法的适用性。     

动力荷载作用下杆系钢结构节点疲劳裂纹扩展断裂破坏的分析方法

基于ANSYS有限元计算软件,提出杆系钢结构节点疲劳裂纹扩展断裂破坏的分析方法。首先介绍杆系钢结构节点子结构的多尺度有限元计算方法的原理和含三维裂纹节点子结构的有限元建模方法。其次提出疲劳裂纹扩展实时应力强度因子的计算方法及通过对节点子结构荷载边界条件采用分组的方式计算出多轴非比例加载情况下的应力强度因子幅的方法。再次通过Paris裂纹扩展公式完成裂纹扩展的疲劳寿命计算。最后通过一个铁路钢桁架桥工程实例的详细分析,得到其节点区疲劳裂纹扩展的全过程,并对此桥的疲劳寿命进行预测。     

整体节点角焊缝疲劳性能分析及寿命评估

整体节点由于存在大量焊缝,在往复荷载作用下,往往会引起疲劳问题。目前,对整体节点疲劳性能的研究仅限于某一特定工程的验证性试验,缺乏系统性的疲劳寿命评估方法的研究。详细介绍了热点应力法、有效缺口应力法和局部应变法的分析过程和适用范围,并结合一种简化焊接试件的疲劳试验,分别采用这几种方法对整体节点的疲劳寿命进行了分析。在此基础上,将分析结果与试验数据、相关规范进行对比,发现热点应力法和有效缺口应力法均能在一定程度上预测疲劳寿命的变化趋势,二者计算结果相似,但对实际工程偏危险,局部应力应变法能提供较理想的疲劳寿命预测。     

部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为研究部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,通过与既有试验结果对比,确定所采用的钢材混合强化模型和混凝土损伤塑性模型的准确性,并且验证了Ge模型(基于塑性应变幅的累积损伤模型)非局部法在预测部分填充混凝土钢桥墩超低周疲劳寿命时的有效性。针对50%填充率的部分填充混凝土钢桥墩试件,利用Ge模型的非局部法,在3种不同加载形式的往复荷载作用下,研究翼缘宽厚比、正则化长细比等参数对超低周疲劳裂纹萌生寿命的影响,并基于参数化分析结果,拟合了预测该类钢桥墩超低周疲劳寿命的计算式。结果表明:钢材的混合强化模型和混凝土的损伤塑性模型能准确预测部分填充混凝土钢桥墩的滞回性能; Ge模型中的非局部法同样适用于部分填充混凝土钢桥墩的裂纹萌生寿命预测,基于参数化分析结果,提出了预测部分填充混凝土钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验式。     

碳纤维加固钢结构的疲劳寿命分析

采用断裂力学方法对CFRP加固钢结构的剩余疲劳寿命进行研究。引入考虑裂纹闭合的疲劳寿命分析模型对CFRP加固钢结构进行疲劳寿命计算,计算结果与疲劳试验结果吻合较好。实际结构承受的是随机变幅疲劳荷载,根据Miner线性累积损伤理论,将变幅疲劳荷载转化成等效应力幅下的常幅疲劳荷载,给出CFRP加固钢结构的疲劳验算建议方法。     

两种常用疲劳寿命估算方法的可靠性对比

疲劳破坏是结构的主要破坏方式之一,准确预测结构的疲劳寿命非常重要。目前,对疲劳寿命的估算有许多方法,最常用的是局部应力应变法和名义应力法。论文评述了两种估算方法的估算步骤和特点,对两种方法在疲劳估算寿命的可靠性做了简单的比较。对比结果表明:局部应力应变法比名义应力法有较高的精度和可靠度。并通过实例验证了结论的正确性。     

用PLSSM法预测管节点疲劳裂纹的形成寿命

本文针对焊接构件疲劳破坏首先发生在应力集中,且力学与材性并非确定常数的局部缺陷区域这一特点,运用概率局部应力—应变法(PLSSM)对焊趾附近的理论应力集中系数和缺口效应进行了计算。在考虑残余拉应力影响下,通过计算机模拟程序计算表明,该法得出的疲劳裂纹形成寿命与试验值吻合较好。     

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。     

基于能量准则的铝质活塞柴油机寿命预测

热疲劳寿命是评价柴油机可靠性的一个主要指标。作者以12150型柴油机活塞为例,根据主机的"起动-停车"波形,运用ADINAT/ADINA程序计算了活塞的温度场、循环应力应变场以及当量应力应变场,将试件热疲劳和高温低周疲劳模拟试验及基于能量准则的应力应变分析计算的结果用于活塞的寿命预测上,得出了较理想的结论。证实了用总应变能密度进行柴油机活塞疲劳寿命预测是行之有效的方法,同相热疲劳模式的评价结果是最合适的。     

CFRP加固疲劳损伤钢结构的断裂力学分析

金属结构,特别是承受反复荷载作用的在役钢结构,通常存在不同程度的缺陷和疲劳损伤。在钢结构的损伤部位粘贴FRP对其疲劳损伤进行加固具有很多优势。对含中央疲劳损伤裂纹钢板粘贴CFRP加固,改善其剩余疲劳寿命进行了理论分析。基于线弹性断裂力学理论,采用有限元计算模型对裂纹前端的应力强度因子进行了计算。并根据Paris_Erdogan裂纹扩展模型,计算了加固前后疲劳损伤钢板的剩余疲劳寿命,验证了这一加固方法的有效性。