扭转预应变对Q345R钢超低周疲劳性能影响研究

采用横向应变控制方法,研究了扭转预应变对压力容器用钢Q345R超低周疲劳性能的影响。获得了预扭转前后材料的循环应力-应变关系、疲劳寿命等实验数据,据此,利用双参数威布尔分布数概率函数对疲劳寿命数据进行处理,结果表明其疲劳寿命以及置信度在双对数坐标系中的线性关系良好。通过Hollomon公式和MansonCoffin公式拟合疲劳实验数据,建立了疲劳寿命预测公式。计算并拟合了材料塑性应变能和循环周次的关系,并对比研究了预扭转前后材料的循环韧度。试样疲劳断口观察表明预扭转的材料比未预扭转的材料断口形貌中有较多的子孔洞、空穴和二次裂纹。

建筑用抗震钢高应变低周及超低周疲劳性能研究进展

近年来全国各地高层建筑迅猛发展,同时我国已经进入第五个地震活动期,这对建筑用钢的高应变低周、超低周疲劳性能提出了严峻的挑战。用于制作抗震构件的低屈服点钢,作为抗震用钢的新钢种将会得到越来越广泛的应用。为此,本文介绍了国内外建筑抗震用钢的高应变低周、超低周疲劳研究现状,着重阐述了低屈服点钢的研发及其低周疲劳性能研究状况,探讨了提高钢抗震性能的措施,并指出了今后国内抗震用钢低周、超低周疲劳研究的方向,为进一步提高建筑用抗震钢的综合抗震性能提供借鉴。

搅拌摩擦焊2124-T851铝合金超低周疲劳特性

为获得搅拌摩擦焊接(FSW)条件下单次加载断裂与循环加载断裂机制的演化规律,研究了FSW及标准基材2124-T851铝合金超低周疲劳(ELCF)特性。分析表明,FSW试样S-N曲线在超低周疲劳寿命区符合幂函数关系但数据分散性大,且当指定寿命越大时,焊接试样相对于基材的定寿强度(SSFL)下降率越高。在极限寿命定义为1个循环的假设下,单次加载断裂与多次加载断裂具有统一的宏观变化规律,其微观断裂机制也具有连续演化的特征。超低周疲劳断口无明显的疲劳源区,FSW试样随着超低周疲劳寿命的增大,断裂特征由正断型向切断型转变。

2124-T851厚板S向超低周疲劳行为及断裂特征

为评价极端循环载荷下的服役性能,采用轴向名义应变控制法研究了2124-T851铝合金厚板短横向超低周疲劳(ELCF)行为。研究表明:该合金在ELCF过程中表现出持续稳定的循环软化特性,软化速率与名义应变幅Δεn/2呈幂函数关系;由Δεn/2表征的Manson-Coffin公式能准确地预测该合金的ELCF寿命。断口分析表明:短横向加载的静态断裂和ELCF断裂方向均趋于长横向,且随Δεn/2减小,断裂模式由切断型逐渐转变为正断型;ELCF微观形貌总体为韧窝断口+挤压平面,且仅在Δεn/2降至0.4%时出现疲劳条带。

地震频率对Q235钢结构材料超低周疲劳行为的影响

研究了两种地震极限频率对于Q235钢结构材料的超低周疲劳性能的影响。采用横向应变控制方法，分别保持频率1HZ、3HZ恒定，在岛津电液伺服疲劳试验机上开展了试验钢的超低周疲劳试验。研究发现，循环应力响应特征，循环应力一应变关系，以及疲劳寿命均与频率相关，且在较高频率下，试验材料出现了二次循环硬化现象。分别建立了试验钢在两种频率下基于塑性应变幅值及应变速率的疲劳寿命预测公式。两种寿命预测公式均与试验结果吻合良好。通过电镜扫描（SEM），对比分析了不同频率下试验钢超低周疲劳下的微观断裂机理。

盐雾预腐蚀对HRB400E抗震钢筋超低周疲劳性能的影响

研究了盐雾预腐蚀对HRB400E钢的超低周疲劳性能影响。用NaCl溶液在盐雾腐蚀箱中对试验钢加速腐蚀30~90 d,然后采用轴向位移控制模拟强震载荷进行超低周疲劳试验,获得载荷随循环周次的变化关系和应变寿命曲线等;最后采用扫描电镜对断口形貌进行观察,分析微观断裂机理。试验结果表明:预腐蚀30、60和90 d的试验钢寿命分别下降了4.4%~10.2%、14.3%~31.8%和7.8%~30%;宏观裂纹萌生寿命占总寿命的90%,应变幅3%为超低周与低周疲劳的分界点;盐雾腐蚀对试验钢的循环响应特征与Masing特性无明显影响;断裂区呈月牙状沿着试验钢边缘断裂,较长盐雾腐蚀时间和较高应变幅会导致最后断裂区产生韧窝特征。

厚壁箱形钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生与扩展规律研究

为探讨厚壁箱形钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命及裂纹扩展规律,利用ABAQUS有限元分析软件对多组厚壁箱形钢桥墩在恒定竖向荷载和水平往复荷载作用下的超低周疲劳裂纹萌生、扩展与破坏过程进行数值模拟分析。对钢桥墩试件的1/2进行建模,采用壳单元和梁单元相结合的方法提高计算效率。采用基于Rice-Tracey模型的裂纹萌生准则和钢材混合强化模型对厚壁箱形钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命进行预测,并使用一种基于极限断裂位移的裂纹扩展准则对超低周疲劳裂纹的扩展过程进行模拟。通过与既有试验结果的对比,验证所采用的裂纹萌生准则预测裂纹萌生寿命的准确性,以及所采用的裂纹扩展准则预测厚壁箱形钢桥墩裂纹扩展过程的准确性。对影响厚壁箱形钢桥墩疲劳裂纹萌生寿命、裂纹扩展规律的因素(即翼缘正则化宽厚比、正则化长细比、加载方式)进行参数化分析,研究厚壁箱形钢桥墩在不同结构参数条件下的破坏模式。将裂纹萌生寿命与超低周疲劳破坏寿命的差值定义为钢桥墩超低周疲劳剩余寿命,分析不同结构参数条件对钢桥墩超低周疲劳剩余寿命的影响。由于裂纹萌生寿命的模拟结果与试验结果较吻合,因此基于Rice-Tracey模型的裂纹萌生准则和钢材混合强化模型能准确预测厚壁箱形钢桥墩的裂纹萌生寿命。裂纹扩展长度的模拟结果与试验结果也吻合良好,因此基于极限断裂位移的裂纹扩展准则能准确预测厚壁箱形钢桥墩超低周疲劳裂纹的扩展过程。在验证有限元分析方法准确性的基础上,通过比较超低周疲劳破坏点与局部屈曲破坏点发生的时刻以及基于裂纹扩展长度的参数化分析结果,提出了不同结构参数条件下的三种破坏模式,分别为超低周疲劳破坏模式、局部屈曲破坏模式与混合破坏模式。结果表明:超低周疲劳破坏发生在翼缘正则化宽厚比和正则化长细比较小时,局部屈曲破坏发生在翼缘正则化宽厚比和正则化长细比较大时;钢桥墩超低周疲劳剩余寿命不仅与翼缘正则化宽厚比和正则化长细比有关,还与试件的加载方式有关。研究成果对该类钢桥墩的抗震设计具有重要的参考价值。