正交异性钢桥面板肋-面板焊缝疲劳分析

基于焊缝的局部三维断裂力学模型和超重多轴货车的载荷谱,进行正交异性钢桥面板的肋-面板焊缝表面裂纹的疲劳寿命分析。采用Schwartz-Neuman交替法计算肋-面板焊缝处半椭圆表面裂纹的应力强度因子,基于裂尖反向塑性区模型考虑循环载荷中压应力对疲劳裂纹扩展的作用。正交异性钢桥面板的肋-面板焊缝的应力计算结果表明:超载货车作用下肋-面板焊缝处的横向应力峰值和应力幅都有明显增加;相比于标准疲劳荷载车,超载货车作用下肋-面板焊缝处半椭圆表面裂纹的裂纹扩展率增大了6.1倍;对应于正交异性钢桥面板的肋-面板焊缝处的拉-压循环应力,平面应变状态下的裂尖反向塑性区使裂纹扩展率增加了3.7倍;基于所得裂纹扩展速率,本研究给出仅在严重超载的五轴和六轴货车作用下正交异性钢桥面板的肋-面板焊缝疲劳寿命不足20年,远远低于桥梁的设计寿命。因此,考虑超载多轴货车的载荷谱和循环载荷中的压应力对肋-面板焊缝疲劳裂纹扩展的影响十分重要。

基于单胞模型的三维四向编织复合材料力学性能研究

本文提出了一种三维四向编织复合材料单胞模型的构建方法,并基于该模型对三维四向编织复合材料的细观力学性能进行了分析。首先,根据三维编织复合材料的两个内部构型参数——纤维体积含量和编织角,结合有限元分析软件建立了三维四向编织复合材料的单胞模型;然后,针对三维四向编织复合材料单胞的静力学性能及抗冲击性能进行了分析,得到了该单胞模型三个正交方向的弹性模量,并研究了纤维体积含量和编织角对三维四向编织复合材料单胞抗冲击性能的影响规律;最后,利用扩展有限元方法研究了三维四向编织复合材料单胞的抗拉强度,分析了纤维体积含量和编织角对三维四向编织复合材料单胞强度的影响规律。