考虑加载次序影响的沥青非线性疲劳损伤累积研究

变幅加载下沥青的疲劳损伤累积具有明显的非线性特征,传统的Miner’s线性疲劳损伤累积准则无法表征不同变幅加载次序下沥青的非线性疲劳损伤累积(NLFDA)。该研究旨在建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,准确表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。通过开展应力控制的沥青恒幅加载疲劳试验,采用耗散伪应变能(DPSE)表征沥青疲劳损伤,分析恒幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;采用低-高和高-低两种加载次序,开展应力控制的沥青变幅加载疲劳试验,分析变幅加载下沥青的疲劳损伤累积规律;基于损伤等效准则,建立考虑加载次序影响的NLFDA模型,分析加载次序对疲劳损伤累积的影响。结果表明:应力控制模式下的沥青疲劳损伤,呈先缓慢后急剧的非线性增加演化趋势;恒幅加载下沥青疲劳损伤服从Miner’s准则发生线性累积,且累积寿命分数等于1;变幅加载下沥青疲劳损伤不服从Miner’s准则而发生非线性累积。低-高和高-低变幅加载次序下,沥青累积疲劳寿命随一级寿命分数的增大而分别增加和减小,累积寿命分数分别大于1和小于1;建立的NLFDA模型可克服Miner’s准则缺陷,并较为准确地表征加载次序对沥青疲劳损伤累积的影响。

加载次序对沥青混合料疲劳损伤累积的影响

沥青混合料在变幅加载下的疲劳损伤累积过程具有明显的非线性特征,然而传统的线性损伤累积准则无法表征不同加载次序下的非线性疲劳损伤累积(NLFDA)。为研究加载次序对沥青混合料疲劳损伤累积的影响,首先开展恒幅加载疲劳试验,分析恒幅加载下的疲劳损伤累积规律;其次借助变幅加载疲劳试验,分析变幅加载下的疲劳损伤累积规律;最后建立考虑加载次序的NLFDA模型,分析加载次序对沥青混合料疲劳损伤累积的影响。结果表明:恒幅加载下沥青混合料疲劳损伤发生非线性演化,但服从线性损伤累积准则,且累积寿命分数为1;变幅加载会导致疲劳损伤发生非线性演化,且服从非线性损伤累积准则,低-高和高-低加载次序的累积寿命分数分别大于1和小于1;建立的NLFDA模型可较为准确地表征沥青混合料疲劳损伤对加载次序的依赖性。

加载次序引起的负摩阻力桩摩阻力分布的变化

简要分析了加载次序对于负摩阻力桩基桩土相互作用影响的机理。采用有限元方法计算比较了这种差异。计算结果表明,加载次序的变化会引起桩身摩阻力分布、中性点位置和下拉力的变化。桩身摩阻力的分布差异主要是桩身上部负摩阻力的大小,负摩阻力先出现时的负摩阻力值较小。这种状况在各级桩顶荷载下不会改变。负摩阻力先出现时,中性点的位置比较低,两者的差距随着桩顶荷载的增大而变得加大。负摩阻力先出现时下拽力小于桩顶荷载先施加的情况。这对于负摩阻力桩基检测的研究和应用是有益的。

加载次序对湿陷性黄土中基桩承载力检测的影响

湿陷性黄土地区基桩承载力检测中桩顶荷载是在土体沉降后施加的,桩基使用条件下是桩顶荷载施加之后再出现土体沉降。简要分析了这两种加载次序之间桩土相互作用差异的机制。采用有限元方法分析了这种差异。计算结果表明,在这两种加载次序中,桩顶荷载的增加都会引起沉降增加,中性点下降,下拉力减小。结果还表明,与桩顶荷载先施加的相比,桩顶荷载后施加得到的中性点的位置比较低,桩基沉降比较小,下拽力也较小,这些差异随着桩顶荷载的增大而更加明显。在两种加载次序的各个加载阶段,桩周摩阻力的分布与发挥也会出现细微的变化。这会使湿陷性黄土地区桩的承载力检测结果略微偏于不安全。

对弹性变形能大小与加载次序无关的证明的思考

弹性变形能大小与加载次序无关这一论述,结论重要,基础作用大,在弹性理论中具有特殊地位,应该也需要有严格的逻辑证明。文献多以假定或特例的形式进行阐述或论证,作为一个重要证明尚显不足。文章从不同的角度对相关问题做了分析,并对这一命题的证明提出建议。

浅析巴贡工程面板堆石坝填筑的加载次序及影响

高面板堆石坝的坝体变形性状复杂。无疑,大坝全断面、均匀填筑碾压上升是最有利于避免坝体出现过大差异变形的施工方式。然而,在实际施工中,受各种因素的制约,实现全断面、均匀填筑碾压上升是很难做到的。通过对马来西亚巴贡面板堆石坝实际填筑施工过程的描述,找出了这些在实际施工中约束大坝全断面、均匀铺筑碾压上升的各种限制因素,阐述了针对这些因素的限制在巴贡面板堆石坝填筑中实际采取的坝体加载次序。以巴贡工程的实测数据为基础,对实际采取的坝体加载方式对坝体变形的影响作了一些初步分析。得出以下结果:(1)尽管由于实际条件的限制而不能全断面、均匀填筑碾压上升使大坝在过程中变形速率有差异,然而,随着时间的推移,大坝变形终会趋于稳定、协调。因此,在堆石坝的填筑中,简单且单一地考虑沉陷的均匀性而片面地追求全断面、均匀填筑上升却忽视经济的施工资源配置是不必要的。(2)考虑不能全断面、均匀填筑碾压上升限制因素的影响而制定出的实际填筑加载方式成为混凝土面板堆石坝数值计算时设定边界条件时所考虑的因素,数值计算的结果可能会更接近实际情况。(3)描述了为削弱这些因素对坝体出现过大差异变形的影响所采取的一些经验性的处理方式。

巴贡水电站面板堆石坝填筑的加载次序及其影响

本文通过对马来西亚巴贡水电站面板堆石坝实际填筑施工过程的描述,找出了在实际施工中约束大坝全断面、均匀铺筑碾压上升的各种限制因素,并阐述了针对这些因素,在巴贡面板堆石坝填筑中,实际所采取的坝体加载次序,且以巴贡工程的实测观测数据为基础,对实际所采取的坝体加载方式对坝体变形的影响作了一些初步分析。分析结论对高面板堆石坝的填筑施工具有一定的参考价值。

基于载荷加载次序的疲劳寿命预测改进模型

针对Corten-Dolan模型中关键参数d难以确定的问题,在Corten-Dolan模型和既有改进模型引入小载荷、损伤程度和应力状态的基础上,进一步考虑相邻2级载荷的先后次序影响,采用增加应力比系数及将载荷加载次序的影响、损伤程度的影响分别作为独立的影响因素2种不同的方法对参数d进行修正,基于此建立2种Corten-Dolan改进模型。根据常用材料(标准45号钢)焊接接头、合金材料(标准16Mn钢)焊接接头以及Q235B钢焊接接头的试验数据,对前述2种改进模型的疲劳寿命预测有效性和可行性进行验证。结果表明:与传统Miner模型和既有Corten-Dolan改进模型对比,无论是在2级载荷作用下还是在多级载荷使用下,2种改进模型在进行焊接材料疲劳寿命预测时均具有较高的预测精度,且因模型的数学表达式较为简单,无需多层迭代计算,便于应用实际工程中焊接结构的疲劳寿命预测。

加载路径对重塑黄土一维蠕变特性的影响

黄土因具有蠕变特性,在荷载σ＇v不变的情况下,蠕变时间t的增长也能引起土体孔隙比的减小,假设蠕变时间的增长也为一种加载,为探求重塑黄土变形量的σ＇v-t加载次序相关性,进行了4种加载路径的试验,试验结果表明：重塑黄土变形量的σ＇v-t加载次序相关性显著,虽然各试样的最终荷载相同,加载过程中的蠕变时间也相同,但是,在一级加载过程中,先蠕变的试样比先施加荷载的试样变形量小,在分级加载过程中,按照＂荷载—蠕变—荷载＂施加次序的试样比＂荷载—荷载—蠕变＂施加次序的试样变形量小,此结论可为工期较长的高填方工程的施工计划安排提供一定参考。姚仰平等提出的一维蠕变公式能较好反映重塑黄土变形量的蠕变时间和荷载的加载次序相关性,公式所需5个参数均能简单获得。

考虑载荷大小变化次序的球轴承寿命修正模型

为建立考虑载荷大小变化次序的球轴承疲劳寿命模型,在Miner理论和改进的Lundberg-Palmgren理论的基础上,引入了一种新的疲劳损伤累积理论,并考虑了材料疲劳极限应力对寿命的影响。以深沟球轴承6205为例,采用高速滚动轴承性能预测分析软件中的拟动力学计算模块,分析了等效载荷法和修正寿命模型中载荷类型、载荷均值、载荷振幅、载荷频率、转速等因素对寿命的影响规律。计算结果表明:相比于等效载荷法,修正的寿命模型能更全面地反映上述5种因素对轴承疲劳寿命的影响程度。

两级载荷下复合材料层板疲劳与寿命预测

研究了复合材料层板疲劳过程中的累积应变演化规律，建立了以累积应变为基础的非线性积累损伤法则，实验结果表明：文中提出的累积应变方法能够较好地反映加载次序效应，准确地预测了复合材料层板在两级载荷下的疲劳寿命。

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件,考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。

多级等幅荷载下沥青路面疲劳破坏研究

采用四点弯曲疲劳试验对沥青混合料的疲劳寿命进行了分析,并基于传统MINE疲劳损伤累积模型在多级等幅荷载沥下沥青混合料的疲劳损伤预测的弊端,结合非线性损伤模式提出了新型的沥青混合料疲劳预测模型。通过研究表明:多级荷载作用下,沥青混合料的耗散能、混合料的劲度模量及滞后角参数均表现出非线性变化趋势;由高应变水平向低应变水平转变时,沥青混合料劲度模量越易恢复;当多级荷载应变水平采用高—低,或由低—高—低的加载方式时,能有效提高沥青混合料的疲劳寿命,降低损伤进程。同时,根据多级荷载下沥青混合料的损伤变化呈一种非线性关系,建立的损伤累积模型能满足对沥青路面的疲劳损伤预测要求。

多级载荷累积损伤下结构的动态可靠性分析

在服役环境中的各种不确定性因素及时间因素的共同作用下,结构将产生强度退化与累积损伤,进而严重影响到可靠性。传统的可靠性模型不能很好地反映载荷作用次序与强度退化等因素对可靠性的影响。利用区间理论,考虑应力作用次序不同而导致疲劳损伤的不同非线性演化过程,研究了多级载荷的等效转化问题;为承受多级载荷的强度退化下的结构,建立了动态非概率可靠性预测模型,构造了一种区间模型的动态可靠性分析方法;通过算例对多级载荷累积损伤作用下的结构动态可靠性进行了分析,并验证了方法与模型的有效性。

地面堆载引起桩基负摩擦力的分布特性分析

针对桩侧堆载的分布范围,桩顶加载大小,桩顶加载与桩侧堆载的施加次序等因素,通过有限元建模分析的方法,探讨各因素对桩侧摩擦力分布及桩基极限承载力的影响。结果表明随着侧堆载分布范围的减小和桩顶加载值的增加,中性点位置上升,下拉力减小;桩顶加载与桩侧堆载的施加次序对侧摩擦力的分布有较大影响;只考虑土对桩的支撑作用不考虑桩身材料强度时,堆载作用下桩基极限承载力非但不降低反而提高。

基于载荷相互作用效应的Corten-Dolan改进模型

针对变幅载荷作用下载荷间的相互作用效应对结构疲劳寿命影响显著的特点,在考虑小载荷、损伤程度和应力状态的基础上引入相邻两级应力比的幂函数对关键参数d进行修正,以表征载荷间相互作用效应的非线性影响,从而建立了改进的Corten-Dolan累积损伤模型。同时,引入参数k建立了此类改进模型的统一表达式。基于三种常用材料的试验数据,应用全数据和部分数据建模方案对本文改进模型有效性及预测能力进行了验证。与既有模型相比,改进模型对已知数据的预测精度以及对未知数据的预测能力均较高,该模型能更好地表征加载次序以及载荷幅值变化等载荷相互作用效应对疲劳寿命的影响,为实际工程中结构的疲劳寿命预测提供了有效的预测技术。

ST12汽车钢板拉剪点焊接头的疲劳强度

针对车身使用的ST12低碳钢板,利用生产线上焊接设备制备了电阻点焊接头拉剪疲劳试件.对点焊接头区域进行了金相组织观测,测量了焊点附近的维氏硬度值分布.在MTS材料疲劳试验机上进行了恒幅疲劳加载,得到了ST12低碳钢板的电阻点焊接头的S-N曲线.基于所得的S-N曲线进行了两级疲劳加载试验,对两级加载下的线性累积疲劳损伤进行了分析.累积损伤结果分析表明,ST12低碳钢板电阻点焊件在两级加载下存在加载次序效应,高—低加载次序下加载次序效应更为明显.

基于R-N非线性疲劳损伤累积模型的砂土震陷计算方法

构造不同加载次序的阶跃荷载进行应变控制循环单剪试验,并基于R-N模型与传统P-M模型进行土体材料损伤计算,对比分析计算值与试验值,验证R-N模型的有效性;基于R-N模型既能考虑荷载幅值和加载次序的特征,根据R-N非线性疲劳累积损伤理论推导并建立砂土震陷计算方法;利用GCTS测试系统对美国Filter净砂展开研究,进行404组剪应变控制动循环单剪试验,考虑荷载幅值、上覆荷载、砂土特性及地震动特性等影响,测定模型参数,并建立模型参数回归模型;同时,进行202组不同特性的真实地震荷载输入剪应变控制动循环单剪试验,测定不同工况下的砂土试样在地震荷载作用下引起的竖向变形;最后,将基于本文方法预测的砂土震陷时程曲线和累积值与试验值对比分析,验证了该方法的正确性。

基于强度退化的金属材料疲劳寿命预估

为了进一步研究疲劳过程中金属材料剩余强度退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,建立了剩余强度退化模型。根据前人的试验数据来验证本模型的正确性,通过与其他学者模型计算数据对比表明文章所建立模型提高了计算精度。同时基于所建立剩余强度退化模型提出一种改进的等损伤模型,由此推导出疲劳累积损伤模型。将此累积损伤模型应用于两级载荷下疲劳剩余寿命估算,并探究了变幅载荷下不同加载次序对疲劳寿命的影响,结合实验数据来验证该模型可以较准确地估算两级载荷下的疲劳寿命。