频率效应对Q345钢疲劳行为的影响

本文对结构用钢Q345的低周、超低周以及高频试验疲劳行为进行了研究。实验在常温下岛津电液伺服疲劳试验机和QBG-100高频疲劳试验机上进行。低周疲劳试验采用轴向应变控制方法,恒定应变速率为0.005 s~(-1),应变比为-1。超低周疲劳试验采用加载频率控制。高频试验通过增减砝码质量(激励质量)的数目来改变系统的谐振频率,应用共振原理测试高频下试件的载荷-周期(S-N)试验数据。实验结果表明,在同一应力水平下,加载频率更高的高频试验条件下的试件寿命总体上比低频率的低周疲劳试验试件的寿命长。超低周疲劳试验中,随着加载应力的提高,试件寿命曲线逐渐下降,通过频率-寿命(f-N)图可以看出,随着加载频率的增加,试件寿命有所提高。通过SEM扫描电镜对三种试件断口进行观察,可以发现低周及超低周疲劳试验试件的裂纹多从表面起源,高频试验既有表面起源的裂纹也有从内部萌生的裂纹,破坏形式主要取决于加载应力和材料性质,与加载频率无太大关系。     

火灾后Q690高强钢超低周疲劳性能研究

为评估经历火灾的钢结构剩余抗震性能,需要明确火灾后结构钢材超低周疲劳性能。以受火温度、冷却方式和疲劳应变幅为变量,对23组高温后的Q690高强钢进行了超低周疲劳试验,获得了高温后Q690高强钢的疲劳寿命和循环应力-应变曲线。在此基础上,分析了Q690高强钢的超低周疲劳性能以及耗能能力,讨论了火灾后Q690高强钢的超低周疲劳破坏形态,并对其微观金相组织进行了观测,讨论了微观组织对超低周疲劳性能的影响。结果表明：高温后Q690高强钢仍具有良好的耗能能力,其循环应力-应变曲线呈现出饱满的梭形;经历600℃后自然冷却可以起到回火的效果,使Q690高强钢的疲劳寿命较常温的提高了23.4%;经历900℃高温后,冷却方式对Q690高强钢的峰值应力影响显著,浸水冷却的Q690高强钢的峰值应力是自然冷却的1.77倍;高温后Q690高强钢金相组织发生变化并影响其超低周疲劳性能;除经历900℃浸水冷却的Q690高强钢外,断口可以观察到明显的疲劳源、疲劳弧线和瞬断区,疲劳应变幅的增加使疲劳弧线间距增大。     

钢筋的高应变低周疲劳性能分析

利用MTSNEW810电液伺服材料试验机,对HRB400,HRB500钢筋的高应变低周疲劳性能进行研究。采用控制总位移幅不变、保持应变率恒定并通过引伸计监测记录应变值的方法,测定HRB500钢筋高应变低周疲劳过程中的循环应力应变曲线,通过Basquin和Manson-Coffin公式拟合得到各规格钢筋的疲劳寿命方程,从而得到循环应力与应变、应变与疲劳寿命的关系。实验结果表明,HRB500高强钢筋比HRB400钢筋在高应变低周疲劳性能方面具有明显的优势。     

多轴加载条件下结构钢基材及焊接件低周疲劳性能试验研究

焊接钢结构的局部往往处于复杂的多轴非比例受力状态,在动力循环荷载作用下钢结构的局部失效破坏主要为多轴非比例疲劳所致。采用薄壁圆管试件进行了多轴加载条件下Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳性能试验,对比了基材和焊接件的基本力学性能和低周疲劳性能;采用KBM和FS临界面准则进行了Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳寿命预测。研究结果表明:多轴非比例加载路径下,Q235B钢基材及焊接件都存在明显的循环附加强化效应,导致其相对于单轴或多轴比例加载路径下的疲劳寿命更低;KBM准则能较好地预测多轴比例加载路径下的疲劳寿命,而对多轴非比例加载路径下的疲劳寿命的预测偏于不安全;FS准则通过考虑材料的非比例强化效应对多轴疲劳附加损伤的影响,能显著提高对多轴非比例加载路径下的疲劳寿命的预测精度。     

基于延性破坏准则的钢管混凝土圆柱低周疲劳寿命研究

将钢筋混凝土结构的等效延性破坏准则应用于钢管混凝土圆柱的低周疲劳寿命分析,提出了钢管混凝土圆柱的低周疲劳寿命计算方法,综合考虑了结构的首超破坏和累积损伤.建立了钢管混凝土圆柱的低周疲劳寿命拟合曲线,拟合公式的相关系数为0.971;通过23根钢管混凝土圆柱的低周疲劳试验结果对提出的计算方法进行了验证.结果表明:建议计算模型能够较好地反映钢管混凝土圆柱在不同位移延性水平下的疲劳寿命.     

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。     

焊接管节点结构形式发展及疲劳性能对比

为研究不同类型焊接管节点疲劳性能差异,梳理焊接管节点结构形式发展和构造创新,总结各类节点热点应力集中系数静力试验和疲劳试验成果,回归分析给出各类节点用于疲劳设计的热点应力幅-循环次数(S_h-N)曲线,并从热点应力幅曲线和热点应力集中系数两方面,对比各类节点疲劳性能差异。结果表明:对于S_h-N曲线,当钢管板厚t≤4 mm时,焊缝缺陷成为影响疲劳强度的主要因素,使得疲劳强度显著降低;现行规范中,CIDECT规范(Design guide No.8)的S_h-N曲线对各类节点设计均偏于危险,DNV-RP-C203的S_h-N曲线可适用于方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点疲劳设计,但对于其他节点设计偏危险;API RP 2A-WSD中的X’曲线的疲劳强度低于X曲线的,X’曲线适用于鸟嘴式节点和传统的圆形、矩形钢管节点及相应的主管内填混凝土节点设计,X曲线对任何节点设计均偏危险;在相同的几何参数β、2γ和τ(β、2γ、τ分别为支主管宽度比、主管宽厚比及支主管厚度比)下,各类节点的疲劳性能优劣顺序为,圆形钢管混凝土节点、圆形钢管节点、矩形钢管混凝土节点、矩形钢管节点;圆管-矩形钢管混凝土节点疲劳性能略优于矩形钢管节点的疲劳性能,圆管-矩形钢管节点疲劳性能劣于矩形钢管节点的疲劳性能;当β≤0.7时,建议采用方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点。     

混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

630MPa超高强钢筋低周疲劳性能试验研究

630MPa超高强钢筋已应用于实际工程,而目前针对国产630MPa超高强钢筋的低周疲劳性能研究尚未见报道。为此,以我国国产630MPa超高强钢筋为研究对象,对其进行了静力拉伸试验,得到其静拉力学性能参数。通过恒应变幅加载低周疲劳试验,得到疲劳寿命、循环响应特征及应力-应变滞回曲线等指标,研究了630MPa超高强钢筋的疲劳性能,进行了低周疲劳特性评价。在试验研究的基础上,得到了630MPa超高强钢筋疲劳性能参数,建立了其疲劳寿命预测公式。采用OpenSees软件进行了630MPa超高强钢筋材料低周疲劳试验数值模拟,分析表明利用得到的超高强钢筋疲劳性能参数可以较精确地进行630MPa超高强钢筋低周疲劳数值模拟。     

钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能试验

为研究钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能,对其进行疲劳试验,并与钢管K形节点疲劳性能进行比较,通过对比分析得到钢管混凝土K形节点热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式,并探讨钢管混凝土K形节点疲劳寿命评价方法。结果表明：钢管混凝土K形节点与钢管K形节点最大热点应力的位置均位于受拉支管与主管相贯焊缝主管侧冠点处,钢管混凝土K形节点的应力集中系数约可降低至钢管K形节点的58%,且热点应力宜采用二次外推方式;两者疲劳性能演化过程均可分为疲劳裂纹萌生、扩展和破坏三个阶段,钢管混凝土K形节点在扩展和破坏阶段分别以沿主管壁厚方向和相贯焊缝长度方向扩展为主,与钢管K形节点主要扩展方向相反;两者疲劳裂纹均属于张开型Ⅰ裂纹,钢管混凝土K形节点疲劳裂纹断口沿壁厚方向呈“呲牙”状,且疲劳裂纹扩展路径较长。钢管混凝土K形节点抗疲劳性能明显优于钢管K形节点的最主要原因在于,管内混凝土的约束作用提高了钢管混凝土K形节点主管的径向刚度,钢管混凝土K形节点的压陷和外凸变形远小于钢管K形节点。基于一点法原则建立的钢管混凝土K形节点疲劳设计S-N曲线具有较高精度。     

X形方圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂试验研究

为研究焊缝类型和内加肋板对钢管相贯节点超低周疲劳性能的影响,开展了 3个X形方圆钢管相贯节点的超低周疲劳试验,研究了节点的破坏形态,分析了节点处的应变分布规律,得到了节点的疲劳寿命.试验结果表明:3个X形方圆钢管相贯节点的裂纹均起始于节点的鞍点位置,角焊缝和熔透焊缝X形方圆钢管焊接相贯节点均呈现出冲切破坏特征,并且焊缝...     

钢筋高应变低周疲劳寿命的统计分析

对轧后淬火、自回火(QST)HRB400钢筋的低周疲劳寿命进行了试验测定。针对高应变低周疲劳的分散性,采用威布尔双参数概率函数、正态分布与对数正态分布函数及t分布函数等多种数理统计方法,对所测得的低周疲劳寿命进行了统计处理与分析。结果表明,在所采用的概率函数中,t分布函数应用于疲劳寿命的分析具有最高的可靠性,正态分布应用于疲劳寿命的分析最不具可靠性,威布尔最大似然法应用于疲劳寿命的分析最为安全。统计分析结果可为钢筋高应变低周疲劳寿命的数据分析提供可靠的理论依据。     

矿物掺和料对混凝土疲劳性能的影响

测试了分别用30%,50%(质量分数,下同)粉煤灰,30%,50%,80%磨细矿渣等量替代水泥的混凝土抗弯疲劳性能,并结合混凝土疲劳破坏机制分析了矿物掺和料对混凝土疲劳性能的影响机理.结果表明,矿物掺和料改善了混凝土界面过渡区结构,从而提高了混凝土疲劳强度折减系数,改善了混凝土的高周疲劳性能;矿物掺和料对混凝土低周疲劳性能的影响取决于它们对混凝土强度的影响.     

结构钢的超低周疲劳性能

极端荷载条件下(如地震、支座沉降等),钢结构经历大变形、单调加载或超低周疲劳(ULCF)(Nf100次)导致断裂。尽管已对单调延性损伤和低周疲劳(LCF)进行了研究并建立模型,但对ULCF的研究尚不充分。介绍S185结构钢ULCF性能的研究结果。提出可得到缺口试样ULCF数据的试验方案。研究也得到材料的LCF和单调损伤数据,ULCF通过这两种情况展示其损伤特点。研究得到光滑试样的LCF数据,同时结合基于图像的方法,对光滑试样和缺口试样进行单调拉伸试验。为预测试样的ULCF寿命,采用非线性有限元模型对相关参数的变化历史进行模拟。基于现有的试验数据,采用3种建模方法对试样的ULCF性能进行评估,为进一步提高其性能给出了重要建议。     

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。     

7A04铝合金高周疲劳性能研究

为研究建筑用7A04超高强铝合金的高周疲劳性能，通过标准单调拉伸试验得到其基本力学性能，并开展了29个试件的高周疲劳性能试验研究。结合试验结果，对7A04铝合金在应力比为0.1下的疲劳S-N曲线进行拟合，对其疲劳断口形貌展开观察，并对基于连续损伤力学的高周疲劳损伤演化模型参数进行标定。结果表明：7A04铝合金高周疲劳断口包括疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区三个典型区域；建立了置信度50%和95%的S-N拟合曲线可较好地描述7A04铝合金疲劳性能；拟合得到了其置信度95%、失效概率5%下的下极限曲线。其疲劳强度高于6061、6005两种典型建筑用铝合金而低于同强度钢材Q460,符合规范中对7XXX系铝合金疲劳性能的要求。     

不同疲劳试验中改性沥青混合料疲劳性能对比

使用四点弯曲疲劳试验(4PB)、两点梯形梁疲劳试验(2PB)和overlay tester(OT)试验3种试验方法,对工程上常用的7种沥青混合料疲劳性能进行了测试.结果表明:在3种疲劳试验中,掺加6%(质量分数,下同)SBS的改性沥青混合料疲劳性能均较好,同时掺加10%TB胶粉和3%SBS的改性沥青混合料、掺加4.5%SBS的改性沥青混合料和同时掺加4.5%SBS及0.4%多聚磷酸(PPA)的改性沥青混合料疲劳性能均一般,掺加3%SBS的改性沥青混合料疲劳性能较差,温拌剂改性沥青混合料和埃索基质沥青混合料的疲劳性能最差;提高SBS掺量可以有效地提高沥青混合料的疲劳性能;添加TB胶粉和PPA可以在不同程度上提高SBS改性沥青混合料的疲劳寿命,但其对疲劳性能的影响力逊于SBS;不同试验方法中沥青混合料疲劳性能的排序具有一致性,具体排序稍有不同.     

E319全铸铝合金材料低周疲劳试验研究

针对汽车发动机零部件工作中的低周疲劳效应,影响发动机寿命的情况。对E319全铸铝合金材料在不同温度下进行拉伸试验和低周疲劳试验,分析试验结果,得到了疲劳寿命受到应变幅的影响,并且温度与材料的疲劳寿命呈反比趋势。通过试验得到材料寿命及寿命均值数据,并对数据进行拟合数值曲线,得到E319铸铝合金材料的过渡疲劳寿命,当实际寿命小于计算得到的过渡疲劳寿命时,材料的弹性变形损伤将大于塑形变形损伤。     

混杂纤维混凝土疲劳性能试验研究

对素混凝土(C)和钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)两种材料进行了弯曲疲劳试验,同时在试件底部粘贴应变片,通过应变动态采集仪采集试件的应变值。将两种材料的疲劳试验结果进行对比,并分析在不同应力水平时循环荷载作用下的应变-疲劳寿命曲线,研究HFRC新材料的耐疲劳性能。通过回归分析进行材料的疲劳寿命威布尔(Weibull)分布拟合检验,建立工程中常用的双对数形式的疲劳方程。为HFRC在工程中的应用提供理论依据。     

不同轴压比压下钢筋混凝土柱的低周疲劳性能

在通过系列试验建立了中等偏低轴压比下，矩形截面钢筋混凝土柱对称位移循环和非对称位移循环低周疲劳寿命表达式之后，本文再利用一个试验系列对中等偏高压比比下对称位移循环和非对称位移循环钢筋混凝土柱在不同延性系数下的低周疲劳寿命进行了试验研究。根据研究结果给出子较高轴压比下的低周疲劳寿命表达式，并在此基础上建议了适用于一定范围轴压比的钢筋混凝低疲劳寿命表达式。