不同应力幅比加载下2A12铝合金的多轴疲劳性能

采用SDN100/1000电液伺服拉扭复合疲劳试验机对2A12铝合金进行不同应力幅比下的多轴疲劳实验,观察试样断口形貌并结合加载过程中的疲劳循环曲线进行失效机理分析。结果表明:单级加载条件下,随应力幅比的增加合金的疲劳寿命提高,纯扭转条件下断面存在平整的光滑区域,随应力幅比的增加断面划痕减少,并能观察到疲劳条带以及鱼骨状、鳞片状和蜂窝状特殊形貌;不同应力幅比累积路径下,多轴疲劳寿命随一级加载周次变化的规律不同;高-低应力幅比累积路径下,拉压方向一级高应力幅比加载阶段出现明显的循环硬化现象,材料产生"锻炼效应"。

应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。

比例加载下应力幅比对2A12-T4疲劳寿命的影响

采用2A12-T4铝合金漏斗形试件,针对不同拉扭应力幅比,进行了比例加载下多轴高周疲劳寿命试验,研究了不同应力幅比对多轴高周疲劳寿命的影响.针对试验结果,采用3种常用的多轴高周疲劳寿命预测模型,包括等效应力准则、应力不变量准则、临界面准则进行了预测.结果表明：在相同的Von-Mises等效应力下,随着扭转应力幅与拉压应力幅比值的增大,疲劳寿命逐渐升高.等效应力准则的预测结果或过于危险,或过于安全;应力不变量准则的预测结果认为应力幅比的变化对疲劳失效没有影响,与试验结果不符;临界面准则的预测结果优于其他准则.

宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁的蠕变试验及本构模型对比研究

随着发动机功率密度的增加,气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加,因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁(Compacted Graphite cast Iron,CGI)气缸盖大范围的温度和应力工作条件,开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的CGI蠕变试验,进行表征宽幅温度和应力下CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明:与较小的温度和应力范围相比,在宽幅条件下CGI更容易发生蠕变损伤,且温度相比应力更能促使CGI发生蠕变变形;分别基于Norton⁃Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力(Deformation Mechanism⁃based True Stress,DMTS)模型,结合多目标优化方法,构建了CGI蠕变本构模型。其中,基于DMTS模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内,吻合效果在三种模型中为最佳。

拉扭应力幅比对LZ50钢短裂纹行为的影响

在保持等效应力幅一致的前提下,开展LZ50钢在7种不同拉扭应力幅比(λ)载荷作用下的疲劳短裂纹复型试验。结果表明,拉扭应力幅比的变化未改变短裂纹萌生与扩展总体规律。裂纹均萌生于铁素体晶粒内部或晶界处,在微观短裂纹阶段受铁素体晶界和珠光体带状结构边界阻碍,扩展速率出现两次较明显下降;进入物理短裂纹阶段后,微观结构对裂纹扩展影响减弱,扩展速率持续上升。同时,随着拉扭应力幅比减小,相同短裂纹尺度下的扩展速率下降,断裂面与试样轴向的夹角逐渐减小,裂纹由单源萌生逐渐过渡为多源萌生,试样疲劳寿命呈增加趋势。此外,通过构建拉扭应力幅比—寿命曲线方程,证明相同等效应力幅条件下,轴向拉压载荷对材料的疲劳损伤贡献大于扭转载荷,且随着拉扭应力幅比的减小,试样疲劳寿命提高的程度不断增强。

超宽幅预应力混凝土现浇梁设计

结合实际工程,用桥梁博士和midas Civil这2种计算软件对超宽幅预应力混凝土现浇梁进行杆系模型和梁格模型建模计算。按实际设计情况合理假设,建立多组桥梁博士计算模型,用计算结果来表达由于荷载不均匀而导致超宽幅桥梁横截面应力不均的情况;用桥梁博士计算出的钢束配置情况建立midas Civil梁格模型,用模型结论校对桥梁博士的计算结果,验证之前假设的合理性。

轮迹横向分布对钢桥面板疲劳应力幅的影响

为了对正交异性钢桥面板考虑轮迹横向分布影响时疲劳应力谱的简化计算提供参考,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例开展研究。在对比分析国内外轮迹横向分布研究成果的基础上,采用ANSYS有限元软件建立实桥疲劳控制梁段三维仿真分析模型,研究了3种典型轮迹横向分布模型对疲劳易损细节应力幅的影响。研究结果表明:考虑轮迹横向分布的影响计算等效应力幅时,可仅考虑轮迹横向最不利位置所在车道的轮载贡献;不同易损细节之间折减系数的波动随轮迹分布模型集中程度的增加而增加;轮迹横向分布对等效应力幅的影响随易损细节位置至顶板距离的增加而增加;等效应力幅折减系数可取为0.9。

车辆轮迹线位置对钢桥面板疲劳应力幅的影响

以虎门大桥为研究对象,对车辆轮迹线的横向位置进行了调查和分析,得到了车辆轮迹线的横向位置分布,并给出了相应正态概率分布的设计参数;采用三维板壳有限元模型分析了车辆轮迹线横向位置分布对正交异性钢桥面板典型构造细节疲劳应力幅的影响,并与欧洲规范和荷兰规范NEN 6788进行了比较。结果表明:采用虎门大桥车辆轮迹线横向位置分布模型计算出的等效应力幅相对较小。

桥面铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响

钢桥面板厚度小,铺装层的相对刚度较大,钢桥面板疲劳设计时,应该考虑铺装层与钢桥面板的共同作用。假设桥面铺装与顶板没有相对滑移,采用有限元方法探讨了桥面铺装弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板疲劳应力幅的影响。

叶片疲劳应力幅的断口特征形貌判断

归纳总结了叶片疲劳断口的特征形貌。宏观疲劳断口的特征形貌主要有宏观疲劳源或疲劳源区的疲劳沟线、疲劳扩展距离、疲劳断口的粗糙度 ,微观疲劳断口的特征形貌主要有微观疲劳条带间隔、二次疲劳裂纹和韧窝形貌等。

应力幅对退火态Mg-3Al-2Sc合金疲劳行为的影响

在不同应力幅下对退火处理后的Mg-3Al-2Sc合金进行应力控制的疲劳实验,研究应力幅对合金的裂纹扩展行为和断裂机制的影响。结果表明:在12～75MPa应力范围内,当控制应力比为0.2,随着应力幅增加,裂纹扩展速率增加,Mg-3Al-2Sc合金的疲劳断裂寿命降低。在裂纹萌生区合金主要表现为解理断裂机制,进入裂纹稳定扩展阶段的疲劳断裂主要为准解理断裂。而在瞬断区,低应力幅时主要表现为准解理断裂,高应力幅时主要表现为微孔聚合断裂。

基于Corten-Dolan累积损伤准则的等效等幅疲劳应力幅值计算方法

利用Miner线性累积损伤准则和Corten-Dolan累积损伤准则,按照多级变幅荷载或随机荷载损伤度相等的原则,推导出了等效的等幅疲劳应力幅值计算公式,介绍了该公式应用于疲劳细节评估或疲劳寿命估算的方法。利用钢筋混凝土梁疲劳试验得到的S-N曲线和S-N方程,针对同批3根钢筋混凝土梁的随机疲劳试验结果,对该公式及方法进行了检验。结果表明,该公式计算结果具有较高的精度,与试验结果较接近且偏安全。该公式操作较方便,适合工程应用。

大吨位高疲劳应力幅斜拉索及锚具研究

结合芜湖长江大桥斜拉索的设计 ,阐述了大吨位高疲劳应力幅公铁两用斜拉桥斜拉索和锚具的研制及试验成果。

应力幅值比对土-结构接触面非共轴特性影响研究

运用80 t大型三维多功能土工试验机(3DMAS),进行了不同应力幅值比下粗粒土与结构接触面大型三维循环直剪试验,深入分析了应力控制往返椭圆剪切路径下接触面切向位移、非共轴角和剪切柔度等三维力学特性以及应力幅值比的影响规律。应力控制往返椭圆剪切路径下,接触面产生了明显的x向和y向位移、非共轴角和剪切柔度。x向和y向位移幅值、剪切柔度峰值均随循环剪切的进行逐渐减小而后趋于稳定,表现出演化特性。非共轴角受切向应力幅值及切向应力增量方向共同影响,其最值、稳定值随循环周次基本保持不变;正向剪切时非共轴角最大值(最小值)与反向剪切时最小值(最大值)基本出现在同一位置。接触面剪切柔度与非共轴角随旋转角度的变化趋势相反,剪切柔度的增加会抑制非共轴角的发展,反之亦然,两者对立统一。应力幅值比对接触面切向位移间椭圆关系及其时程变化形式、切向应力位移类椭圆关系等影响较小,主要影响切向位移幅值及其偏移程度、切向位移间椭圆关系的长短轴大小及方向、切向应力位移类椭圆关系的长短轴大小、非共轴角的数值及其随旋转角度的变化形式和最值出现位置、剪切柔度随旋转角度的变化形式和峰值及其产生位置等。应力幅值比越大,切向位移幅值越大、向负向偏移越大,剪切柔度峰值越大,随循环剪切的进行减小的速率越慢。应力幅值比ξτ=1和ξτ≠1时接触面非共轴角和剪切柔度随旋转角度的发展变化形式差别很大。

不锈钢管道焊缝金属随机循环应力幅的良好统计模型

与现有确定性分析方法不同,考虑材料循环变形的分散性,应用确定不锈钢管道焊缝金属随机循环应力幅统计模型的方法研究了1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝金属循环应力幅的良好统计模型。综合考虑了总体拟合效果、与疲劳失效机制的一致性和分析结果的安全性三要素,分析比较了三参数Weibull、两参数Weibull、极小值、极大值、正态、对数正态和指数分布对试验数据的拟合效果。结果表明,极小值、极大值、正态和对数正态分布可作为良好假设分布,以极小值和正态分布最好。其余分布因不符合三要素之二或三项,不适于表征循环应力幅数据。

确定不锈钢管道焊缝金属随机循环应力幅良好统计模型的方法

应变控制疲劳试验揭示了核工程材料 1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝金属的循环应力-应变响应存在较大的分散性，现有的定性分析可能给出偏于危险的结果。考虑这一分散性和常用的 7种统计分布对试验数据的总体拟合效果、与疲劳失效机制的一致性和设计分析结果的安全性，提出了确定循环应力幅良好统计模型的方法。方法中，常用 7种统计分布的统计参量估计和统计参量检验采用线性回归技术完成；总体效果由失效概率试验值与理论值的相关系数来评价；与疲劳失效机制的一致性按照给定总应变下失效率随循环应力幅增加而增加的原则，根据各分布统计参量的失效率曲线来判断；设计分析结果的安全性通过识别统计分布尾部失效概率预测误差的变化趋势来进行。

崇启大桥环氧沥青混凝土铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响研究

崇启大桥是目前我国建设的最大跨度连续钢箱梁桥,采用了正交异性钢桥面板和环氧沥青混凝土铺装层。由于铺装层分散了车辆的轮载,使正交异性钢桥面板主要构造细节在使用寿命内的等效应力幅值相应折减,而国内相关规范未对这一折减作用做出规定。建立了崇启大桥正交异性钢桥面板及其铺装层的有限元模型,计算了不同环境温度下正交异性钢桥面板主要构造细节的应力循环特征,依据Miner线性累积损伤准则,分析了环氧沥青铺装对等效应力幅的折减作用,得出了应力幅折减系数。

不同应力幅下高强螺栓的疲劳破坏特征研究

对螺栓球节点网架中M22高强螺栓的疲劳性能展开了相关的理论与试验研究。利用稳定可靠的疲劳试验加载装置和Amsler疲劳试验机对高强螺栓的疲劳性能进行试验,并通过对高强螺栓疲劳破坏断口宏观照片和微观照片的分析,探讨螺栓球节点网架中高强螺栓疲劳破坏机理。

基于行车试验的高铁路基面动应力幅值概率分布规律及设计值研究

高速列车荷载作用下路基动应力的大小直接影响到路基沉降变形及长期动力稳定性,现很多高铁线路路基动力响应数据仍处于“信息孤岛”状态,信息共享不充分和综合再分析不够,较难获得更具普遍意义和价值的路基动应力响应规律。鉴于此,采用现场实测、调研收集和数理统计分析的方法研究高速列车荷载作用下路基面动应力大小及概率分布规律,探讨《高速铁路设计规范》中路基面设计动应力幅值计算公式的适应性,并提出高铁路基面设计动应力幅值的计算公式。主要结论如下:(1)高铁无砟、有砟轨道路基面动应力幅值均服从正态分布,并统计获得了其特征值(均值μ、标准差δ,“3δ规则”的上下限值);(2)路基面动应力幅值与列车速度的关系:对于高铁无砟轨道,当v≥150km/h,路基面动应力幅值基本保持不变;当v≥150km/h时,动应力幅值随速度线性增加。对于高铁有砟轨道,动应力幅值随速度增大而线性增加。高速无砟、有砟轨道路基面动应力幅值的速度影响系数α分别为0.0015和0.0012;高铁无砟铁路轴重系数β=0.074,约为普通和高速有砟铁路β值的1/3~1/2;(3)提出高铁无砟、有砟轨道路基面设计动应力幅值计算公式分别为σ_(dl)=0.119P,v<150km/h,σ_(dl)=0.119P[(1+0.0015(v-150)],v≥150km/h(无砟)和σ_(dl)=0.27P(1+0.0012v)(有砟)。研究成果可为高铁路基设计参数取值提供参考及其设计动应力幅值计算公式的修订提供依据。

横隔板间距对钢桥面板疲劳应力幅的影响

根据国内外钢箱梁的设计经验,选取3种不同的横隔板设置形式,通过有限元方法建立钢箱梁的空间有限元模型,计算横隔板与U肋相交的桥面板、U形加劲肋的对接处、横隔板过焊孔处等4种构造细节在车轮荷载作用下的应力幅,得出横隔板设置形式对桥面板疲劳应力幅的影响。