应力等效法在单梁静载试验中的应用研究

单梁静载试验荷载的确定通常以控制弯矩的加载效率为控制目标,常规做法为“弯矩等效法”,然而单梁实际受力特性与成桥受力状态的不符合使得试验荷载计算值失真.为解决上述问题,提出一种更符合实际的“应力等效法”.通过采用MIDAS/Civil有限元软件对不同跨径的预制箱梁受力状态进行计算,并对“应力等效法”与“弯矩等效法”的计算结果进行对比分析.结果表明:以“应力等效法”,即叠加应力或以叠加应力反算出来的弯矩作为静载试验中的控制指标更接近于结构的实际受力状态.与直接采用“弯矩等效法”计算的弯矩作为控制内力的计算方式比较,“应力等效法”比其少12%左右,可减少荷载试验的误判,对类似桥梁的单梁荷载试验具有一定的指导意义.

基于等效结构应力法的高强钢焊接结构低温主S-N曲线

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验对该方法进行了验证。在此基础上,结合大量的高强钢焊接结构试验结果,将温度敏感因子c引入到低温疲劳主S-N曲线的推导中,首次建立了基于低温金属焊接结构的主S-N曲线,并对文献中的疲劳S-N试验数据和ASME中的修正方法进行了对比和验证。结果表明,等效结构应力法能够较准确地计算出焊缝疲劳S-N曲线,推导出的金属焊接结构低温主S-N曲线与试验曲线吻合较好,能够满足低温地区工程要求,可为高强钢焊接结构在北极地区低温环境中的广泛应用提供理论指导。该方法可以为金属焊接结构的低温疲劳研究节省大量的成本,减少非标准试验操作造成的不必要的误差。这对北极海洋工程设备的设计、安全运行和疲劳评估具有重要意义。

双曲拱坝不同封拱温度下的等效应力法分析

拱坝内部应力对安全性影响较大,坝体内部过大的温度应力易引起较大的安全隐患。本文以陕西省东庄水利枢纽工程混凝土双曲拱坝为研究对象,考虑不同工况下的坝体温度应力变化,使用有限元等效应力法分析封拱温度对坝体最大主应力和位移的影响,通过拱冠梁截面应力对比有限元法和有限元等效应力法的差别,进而得到最佳的双曲拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案,可为碾压混凝土高拱坝封拱温度场的设计提供参考。

高周疲劳曲线的等效应力法

对散点法试验获得的高周疲劳数据,提出了用等效应力法处理中值S-N曲线、用修正的三参数幂函数法或修正的等效应力法处理统计值P-S-N曲线的方法。该方法与用传统的标准方法试验和数据处理相比,不仅可节省试样,而且还可以通过模型内插获得未曾试验应力比下的S-N曲线,更适于工程应用。

加筋土计算中等效附加应力法的改进

等效附加应力法的基本思路是把加筋土中筋的作用等效成外力加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算。这种方法能够适用于纤维加筋、分层加筋和土钉墙等不同情况,且能够克服一般复合材料方法中复合材料本构模型难以建立,和把筋土分开考虑的方法中接触面单元过多的弊病。但以前的等效附加应力法需要迭代计算,这给有限元编程带来困难,而且不利于已有程序的改编。对等效附加应力法进行改进,只要在原有土的弹性矩阵或弹塑性矩阵中加上一个附加矩阵就可以直接求解。这就使得不需要迭代就可以直接应用等效附加应力法进行加筋土计算,大大简化了编程难度,改进方法的提出有助于等效附加应力法的推广应用。

等效结构应力法的焊接疲劳评估

为了在设计阶段准确地计算出空间任意走向的焊缝疲劳寿命,采用等效结构应力法对管状T型焊接接头的疲劳寿命进行了评估。建立了3种网格尺寸的管状T型焊接接头有限元模型,并计算结构应力。运用FE-weld疲劳评估软件计算出焊缝处的应力循环次数,并与试验数值进行比较。比较结果表明:等效结构应力法对焊接接头疲劳评估具有网格不敏感性和较高的准确性。

基于等效结构应力法的焊接构架疲劳损伤评估

针对在线路运营过程中某型焊接构架横、侧梁连接处多次出现疲劳裂纹的问题,建立包括3条关键焊缝在内的焊接构架有限元模型,利用等效结构应力法对构架关键部位进行疲劳损伤评估,并与构架线路动应力试验进行对比分析。结果表明:等效结构应力法具有网格不敏感特性;仿真分析得到了焊接构架关键焊缝的应力分布特征,3条关键焊缝处的最大等效结构应力分别为125.1、103.0、167.4MPa,计算得到其疲劳损伤值分别为2.13、1.16、5.30,均大于损伤值0.5;构架线路动应力试验得到的各关键测点疲劳损伤值与等效结构应力法的计算结果较为吻合,验证了等效结构应力法在焊接构架疲劳损伤评估时的有效性和可靠性。

焊接接头疲劳评定的等效应力强度因子法

等效应力强度因子 (equivalentstressintensityfactor,简称E SIF)法是近年来提出的一种新的疲劳评定方法 ,文中采用 16Mn钢的非承载角焊缝十字接头的疲劳试验结果对E SIF法的有效性进行研究 ,并分析讨论影响这种方法的有关因素。结果表明 ,采用等效应力强度因子法能对 16Mn钢非承载角焊缝十字接头的疲劳性能作出合理的评定 ,并能预测焊接接头的疲劳断裂位置 ,且该方法适合于焊态接头和较小焊趾半径的疲劳评定。等效应力强度因子法对应力集中区单元尺寸有一定的依赖性 ,对实际焊接接头的焊趾半径变化范围 (在 0 .15mm～ 0 .8mm内 ) ,选择焊趾半径与最小单元尺寸的比值 ρ/emin>1.7时 ,可以获得合理有效的等效应力强度因子ΔKⅠ 值计算结果 ;当焊接接头的焊趾半径较小 ( 0 .15mm～ 0 .40mm)时 。

基于等效结构应力法的铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳分析

为了掌握铸钢分叉节点与构件连接时焊缝的疲劳性能,利用等效结构应力法对铸钢分叉节点的环形对接焊缝进行了疲劳分析。通过等效结构应力场和缺口应力场确定网格不敏感结构应力,并综合考虑裂纹扩展、缺口应力和疲劳寿命等影响因素,实现等效结构应力的转化,再结合疲劳设计主S-N曲线对焊缝的疲劳寿命进行计算;在ABAQUS静力分析的基础上,利用基于等效结构应力法原理而开发的有限元分析软件FE-SAFE/VERITY,对铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳寿命进行了分析。研究结果表明:铸钢分叉节点主管端部的环形对接焊缝最危险处的循环次数为105.711;等效结构应力法具有网格不敏感性,利用等效结构应力法能够较好地预测铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳寿命。

混凝土重力坝局部等效应力法初探

在混凝土重力坝有限元应力分析中,坝踵和坝趾的应力随网格剖分尺寸的减小而急剧增大。针对该问题,提出局部等效应力方法,即对坝基面坝踵和坝趾局部区域进行局部等效处理,坝基面中间大部分区域仍采用有限元计算。通过对坝基面局部等效处理长度进行敏感性分析,认为坝踵、坝趾各取1/6￣1/4坝底宽进行等效处理,可以得到较稳定的等效应力值,坝踵、坝趾处最小单元尺寸应在1/12￣1/8坝底宽。进而基于局部等效应力法分析了坝基变模对坝体变形应力状态的影响,认为局部等效应力法能较好地反映坝基不同变形模量对坝体应力状态的影响。

等效结构应力法在铁路车辆焊接结构中的应用

分析了罐式集装箱在运用过程中箱体框架的焊缝上产生疲劳裂纹的原因,并对焊缝裂纹处采取了局部补强方案,对原方案和补强方案采用等效结构应力法,对焊缝的疲劳寿命进行预测.结果表明补强后的方案使结构应力下降较大,进而增强结构的抗疲劳能力.

基于等效结构应力法的挖掘机工作装置疲劳寿命评估

挖掘机工作装置为大型焊接件,因在作业过程中承受各种复杂载荷而易在焊缝处发生疲劳破坏,其疲劳强度直接关系着整机的使用寿命和性能。为了更有效地对焊缝处的疲劳寿命进行评估,文中基于等效结构应力法提出一种挖掘机工作装置焊缝疲劳寿命评估方法,即基于焊线上的节点力和节点力矩对网格不敏感的结构应力进行计算,通过把不同接头形式、板厚、加载模式的焊接接头统一起来的主S-N曲线,并结合疲劳累计损伤准则进行疲劳寿命评估。通过建立包括焊缝细节的工作装置动臂、斗杆的有限元模型,利用等效结构应力法对动臂、斗杆上的6条关键焊缝进行疲劳寿命评估,并与疲劳台架试验和其他分析方法进行对比分析。结果表明:采用名义应力法得到的动臂和斗杆的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为9.2%和14.2%,采用热点应力法得到的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为24.4%和23.4%,采用等效结构应力法得到的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为6.6%和9.5%,因此与名义应力法和热点应力法相比,等效结构应力法的评估结果与疲劳试验结果最为接近,名义应力法的评估结果偏于危险,热点应力法的评估结果偏于保守,说明等效结构应力法对于挖掘机工作装置的疲劳寿命评估是十分有效和可靠的。文中方法可为其他焊接结构的疲劳寿命评估提供思路。

消除混凝土坝应力网格效应的三次等效应力法

针对混凝土坝有限元等效应力在角缘部位的失真问题,基于挡水结构的弹性力学解,提出一种改进三次等效应力法,即选取三次多项式模拟混凝土坝水平截面的正应力分布,确定多项式的待定系数,得到三次等效应力分布形式。以混凝土重力坝和拱坝为例,分别以线弹性有限元法、线性等效应力法、改进的三次等效应力法计算混凝土坝建基面的法向正应力和主应力,结果表明改进的三次等效应力法计算结果不仅有效减小了对计算网格的依赖性,且与线弹性有限元计算结果相当接近。结果可为混凝土坝的安全性评价提供参考。

基于改进等效应力法的某拱坝下游加固培厚应力分析

针对拱坝老化现象及产生的各种病险危害问题,对拱坝加固培厚是一种常用方法,以某拱坝背水坡培厚加固为例,采用改进等效应力法分别计算出培厚加固前、后的坝体应力,并将计算结果与规范做了对比,结果表明该方法合理可行。

基于等效结构应力法的塔吊焊接节点疲劳寿命评估

为了评估塔式起重机焊接节点焊缝处的疲劳性能,以QTZ25塔式起重机为例,利用有限元软件Ansys建立了包含焊缝细节的塔臂焊接节点模型.将模型导入FE-SAFE疲劳分析软件中,通过等效结构应力法完成了网格不敏感结构应力的转换,结合疲劳设计主S-N曲线,对塔臂焊接节点疲劳寿命进行了分析.结果表明:塔臂焊接节点焊缝处所能承受的最大循环次数为104.9459,满足工程需求;等效结构应力法具有网格不敏感性,能够较好地预测塔式起重机焊接节点焊缝处的疲劳寿命.

重力坝坝踵等效应力法

针对重力坝坝踵应力集中问题,在研究分析现有方法的基础上,提出重力坝坝踵等效应力法。这种方法思路是:承认离开坝踵一定区域外部分由有限元计算所得的结果,在坝踵部位用等效应力替代原有计算值。则此方法可以大大降低应力集中的影响且计算简便,同时具有一定精度,所以该方法有一定实用价值。

基于等效结构应力法的正弦波纹腹板焊接梁疲劳评定研究

针对Harrison的正弦波纹腹板焊接梁试验模型,采用等效结构应力法,研究了焊缝焊趾的等效结构应力分布特性及网格大小对应力分布的影响,分析了裂纹萌生位置及其疲劳寿命。对比Harrison的试验结果,验证了等效结构应力法在正弦波纹腹板焊接梁疲劳评定方面的适用性。

基于等效结构应力法的制动梁疲劳寿命预测

焊接疲劳直接影响车辆行车安全,为评估外转39型转向架焊接制动梁的结构强度性能,运用有限元法对其进行了静强度分析,运用等效结构应力法对其焊接结构进行了疲劳寿命预测.并且对全尺寸实物进行了静载荷试验和疲劳试验,计算结果与试验结果基本一致,研究结果表明:外转39型制动梁强度设计满足相关标准要求;等效结构应力法具有工程应用推广价值.

基于八节点二次壳单元的等效结构应力法

基于八节点二次壳单元的节点力和节点力矩,导出了焊趾截面上的分布线力与分布线力矩,进而分别针对闭合焊缝和非闭合焊缝对线力和线力矩进行了单元集成.以T型焊接接头为研究对象,验证了基于八节点二次壳单元的焊趾结构应力对单元类型与网格尺寸的不敏感性,并根据已有结果验证了其有效性.对RHS管接头T型焊缝两条焊趾的结构应力进行了计算,发现若圆弧拐角处的网格过于稀疏将引起单元中间节点的结构应力产生较大波动,该问题可以通过网格加密得以解决;利用等效结构应力与主S-N曲线,对RHS管接头的疲劳失效位置与疲劳寿命进行了预测,数值结果与实验测试数据基本吻合.