大跨径钢桥沥青铺装疲劳应变三结构体系计算方法

为解决钢桥面沥青铺装疲劳设计应变没有解析公式的问题,进行了整桥平面弯曲应变简化计算模型、钢箱梁扭转横向弯拉应变计算简化模型、局部钢桥面沥青铺装叠层梁应变简化模型等3个结构体系的分析,采用弹性支承多跨连续梁模型与弹性地基梁模型,结合拉索当量支撑刚度、主梁抗弯刚度、钢箱梁截面抗扭刚度、桥面板加劲肋当量支撑刚度等作为计算参数,分析全桥最不利布载、最大偏心布载、最不利局部布载等3种布载方式,分析得到了3结构体系模型下钢板表面的弯拉应变计算方法。3结构体系计算结果表明,荷载作用下加劲肋造成的铺装表面横桥向弯拉应变对总应变的贡献率为80%以上,即使考虑设计车队荷载,主梁平面弯曲造成的铺装表面弯拉应变对总应变的贡献率不足15%,主梁扭转造成的铺装表面弯拉应变对总应变的贡献率超过15%。

钢纤维混凝土等幅弯曲疲劳加载下的疲劳应变和疲劳模量以及损伤研究

利用已有试验数据,对最大疲劳应变和疲劳残余应变进行拟合,得到疲劳应变演化方程,其相关系数均在0.97以上。考虑到等幅弯曲疲劳加载条件下,疲劳模量与疲劳应变成反比关系,利用对称性,由疲劳应变演化方程得到疲劳模量演化方程,通过拟合试验结果,发现由疲劳模量演化方程表达的拟合曲线与试验曲线吻合很好,其相关系数均在0.99以上。最后,利用疲劳应变与疲劳模量定义损伤变量,得到损伤变量演化曲线,经对比发现,由最大疲劳应变和疲劳残余应变定义的损伤变量演化曲线基本一致,且相差很小;而由疲劳模量定义的损伤变量演化曲线明显大于由疲劳应变定义的损伤变量演化曲线。

2A70铝合金应变疲劳全寿命预测模型

针对2A70铝合金在全寿命范围内的疲劳寿命预测问题,开展了2A70铝合金材料拉伸试验、单轴拉压条件下的低周疲劳试验和高周疲劳试验,讨论了全寿命范围内通过应变进行寿命预测的优势,提出了一种应变疲劳全寿命曲线模型,建立了2A70铝合金的应变疲劳全寿命曲线。通过试验结果对本模型以及3种常用模型的参数进行了标定,并对4种模型的预测结果进行了对比分析,结果表明,提出的新模型寿命预测结果均在3倍误差带范围内,平均误差和分散性都较小,寿命预测精度优于其他3种模型,新模型更适合于2A70材料在同样应变比条件下的疲劳寿命预测。

基于疲劳应变演化的混凝土弯曲强度退化分析

为了研究混凝土在弯曲疲劳荷载作用下的强度退化规律,提出了基于疲劳应变演化的混凝土弯曲强度退化分析方法。基于疲劳应变三阶段演化规律及目前拟合方法的不足,构造了水平S形非线性应变演化模型,讨论了模型参数的物理含义、取值范围以及参数对模型曲线的影响;通过对常用损伤变量优缺点的分析,在应变空间上建立了疲劳损伤演化方程;结合混凝土疲劳强度退化的边界条件与同一损伤状态疲劳应变与弯曲强度必然存在唯一对应关系假定,建立了混凝土弯曲强度衰减方程式,整个过程都用玻璃纤维混凝土的试验数据进行了对比分析与验证。研究结果表明:水平S形非线性应变演化模型涵盖了疲劳应变演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于玻璃纤维混凝土疲劳应变演化的描述,也可在钢纤维混凝土以及各种再生混凝土疲劳应变分析中推广应用;基于疲劳应变演化模型建立的损伤演化曲线起初增长较快,中间线性增大,循环比超过0.9时急速增加,具有从左下角至右上角的水平S形变化规律,且与试验曲线吻合较好;弯曲强度衰减曲线起初下降较快,中间线性变化,循环比超过0.9时又迅速下降,衰减曲线为从左上角至右下角的S形曲线。

基于实时应变监测信息的钢筋混凝土梁有效疲劳应力参数值模型

为获得反映钢筋混凝土梁真实响应状态的疲劳应力值,提出基于实时应变监测信息的有效疲劳应力参数值模型.鉴于实时应变监测数据的周期循环特性,将其处理为标准循环块,采用低高频运算实现结构真实数据的提取;基于“傅里叶转换”进行转换分析及真实性验证,获得真实的应变数据.基于动态应变标准循环块特征,在随机波形应力峰值统计时只考虑主要峰值并将材料比例极限σ_(c)作为读数起点代替均值线,通过转换得到梁真实疲劳应力特征值.在不影响梁疲劳损伤前提下,基于应变能及损伤等效原理将变幅应力谱值转换为等效疲劳应力谱值.最后建立评估梁当前损伤状态的“实时状态分析模型”和预测梁后期损伤状况的“预测趋势分析模型”.

Zr-4合金薄片材料的应变疲劳与寿命估算

完成了Zr 4合金漏斗形薄片小试样的横向等幅应变疲劳试验;根据试验分析和弹塑性有限元分析,提出了弹、塑性形状因子和等效泊松比的概念,发展了漏斗形薄片小试样横向应变向轴向应变换算的局部应变等效方法,并推荐了两种简化等效方法;由应变等效方法和疲劳试验结果,得到了Zr 4合金的M C(Man son Coffin)寿命估算模型.研究表明,对于漏斗形薄片小试样,按国标推荐的应变换算公式得到的M C模型对Zr 4合金的应变疲劳寿命预测过于安全,而由推荐的两种简化方法得到的M C模型对寿命估算有1～2倍的合理安全余量.

微小缺陷对缺口前端疲劳应变场影响的实验研究

基于二维数字图像相关方法与原位观测技术,研究了含缺陷构件缺口前端的疲劳变形场特性。以7075-T6铝合金为母材,分析了3种不同缺陷位置对于缺口前端疲劳应变累积、有效应变大小以及单调塑性区演变的影响。实验中采用显微镜在100倍的放大倍率下采集散斑图像,基于分割辅助数字图像相关方法测量缺口前端疲劳应变场。实验结果表明,微小缺陷的位置对于缺口前端应变大小以及分布的影响有着明显的不同。位于缺口前方中轴线偏左45°的微孔导致有效应变有着明显的增加,同时也加剧了单调塑性区的扩展;位于缺口中轴线上的微孔和位于缺口中轴线左侧垂直线上的微孔在一定程度上抑制单调塑性区的形状大小,对于塑性区的扩展影响较小。应变分量分布的对比结果表明,微孔对缺口前端应变场的影响与微孔对水平与竖直方向正应变的改变有关。

某型汽车起重机起重臂的应力和应变疲劳寿命预估

以某型现役汽车起重机起重臂钢结构为研究对象,基于单位载荷下的名义应力谱和FE-SAFE(durability analysis software for finite element models)耐久性分析软件,建立起重臂钢结构件的应力及应变疲劳寿命预估模型,给出该材料的应力及应变寿命曲线,并分别采用应力、应变疲劳损伤模型,对该型起重臂钢结构的疲劳寿命进行预算。预算结果表明该型起重机起重臂结构工作30 978个循环时出现裂纹,而其使用寿命为392 699个工作循环。计算结果与试验结果对比得出:两种寿命预估模型结果与试验值基本符合,故该型现役起重机检修周期和使用寿命的制定应采用两种疲劳寿命预估模型综合考虑。

一种新的铝合金应变疲劳计算方法

提出了一种在铝合金构件应变疲劳分析中,计算局部应力和应变变程的新方法。这种方法称作应力功恒等法。采用这种新方法,计算了2024-T42铝合金试件在恒幅循环载荷作用下的疲劳寿命,并将疲劳寿命计算结果与试验结果进行了对比分析。对比分析结果表明,采用这种新方法计算构件应力集中处的局部应力和应变变程,具有较高的计算精度。

三参数应变疲劳公式的研究

通过对金属疲劳损伤机理的研究，提出了一种应变范围划分方法，给出了一种三参数应变疲劳公式。该公式克服了ＭａｎｓｏｎＣｏｆｉｎ公式的不足。

压力容器高应变区应变疲劳裂纹扩展试验研究

针对压力容器几何结构不连续高应变区断裂和疲劳破坏特点,本文通过对应变循环条件下疲劳裂纹扩展影响因素和控制参量的理论分析,提出将ΔJ作为应变循环条件下疲劳裂纹扩展速率的控制参量,并在EPRI弹塑性断裂分析工程方法基础上,提出了ΔJ的工程计算方法,并通过模拟应变疲劳裂纹扩展的SCT试样试验,验证了ΔJ工程计算方法的可靠性.根据SCT试样应变疲劳裂纹扩展试验研究结果,在考虑了压力容器高应变区几何形状和材质变化对应变疲劳裂纹扩展参量影响后,提出了一种压力容器高应变区应变疲劳裂纹扩展速率工程估算方法.

应变疲劳可靠性分析的有限元法

将随机有限元与可靠性理论相结合来计算应变疲劳可靠性.随机有限元采用Taylor展式随机有限元法,可靠性理论采用改进的一次二阶矩法.针对复杂的交变载荷,采用运动强化模型反映塑性应变引起的各向异性和包辛格效应.应力应变曲线以骨架曲线形式表示,描述材料塑性性质和记忆特性,屈服应力增量可用来解决包括材料循环硬化或循环软化影响在内的塑性滞后现象.运用随机有限元计算出局部多轴应力应变的随机响应,推导出了局部应变偏导的迭代格式,从而可求出功能函数的偏导数,根据改进的一次二阶矩法计算可靠度系数.

应变比对填充天然橡胶疲劳特性影响的试验及其寿命预测方法研究

对由汽车橡胶隔振器常见的橡胶材料制作的哑铃形圆柱试件,进行不同应变比R下的疲劳试验,并分析应变比R对疲劳寿命的影响。以应变峰值、应变幅值为损伤参量,建立相应的疲劳寿命预测模型,并对R 0、R<0两种工况下模型的预测结果进行比较。结果表明,当R 0时二种模型都有较高的预测精度,而在R<0的载荷工况下,R对用应变幅值为损伤参量的预测模型的预测精度影响较大,为此建立考虑应变比R效应的等效应变幅值,并以此为损伤参量建立R<0的寿命预测模型,该模型预测的寿命与实测寿命的偏差均在2倍分散因子之内,相关系数提高到0.9231。所得到的填充天然橡胶材料的疲劳寿命预测模型,可为橡胶隔振器前期耐久性结构设计提供参照。

液化气球罐腐蚀应变疲劳裂纹分析

本文采用显微组织、成分分析和断口分析等方法对液化气贮罐在使用中产生裂纹的类型和原因进行了综合分析 ,说明裂纹是腐蚀应变疲劳作用的结果。

估算低温下金属材料应变疲劳寿命和疲劳极限的新方法

本文建立了估算低温下金属材料应变疲劳寿命的新方法,并首次提出了金属疲劳极限的热激活模型。该模型可定量地解释温度和频率对疲劳极限的影响。研究结果表明,提出的应变疲劳公式可很好地拟合低温下金属材料应变疲劳寿命的实验结果;疲劳极限可表示成非热激活分量σ_(ai)(ε_(apc))和热激活分量σ_a~*(T,ε_p)之和;σ_(ai)(ε_(apc))是与温度和频率(或应变速率)无关的材料常数;σ_a~*(T,ε_p)与流变应力的热激活分量近似相等。最后用文献中的实验数据对本文提出的低温下就应变疲劳寿命和疲劳极限的估算方法进行了验证。

高强HRB400E建筑用抗震钢筋高应变低周疲劳性能研究

对V-N微合金化钢筋和余热处理HRB400E钢筋的低周疲劳性能进行了研究。采用轴向应变控制的方法测定了两种工艺下钢筋的高应变低周疲劳性能,研究了在循环载荷下材料的循环应力响应特性、循环应力与应变关系,通过拟合Hollomon公式与Coffin-Manson公式推导出微合金化与余热处理两种钢筋的疲劳寿命计算公式,并计算出Nf=100周时的循环能量吸收率Δεt·σa值。结果表明,相比于轧后余热处理工艺,微合金化能同时提高Δεt和σa值,有利于材料在地震载荷下吸收较多能量,从而提高抗震性能。

应变疲劳强度概率分布

利用概率论方法建立了应变疲劳强度概率分布与应变疲劳寿命概率分布之间的数学关系式，并根据应变——寿命转换关系，由已知的给定应变水平下的疲劳寿命概率分布求出给定寿命下的应变疲劳强度分布函数，便于进行可靠性分析。关键词：应变疲劳；应变强度；

应变疲劳试验中小梁刚度损伤模型研究

为了研究沥青混合料应变疲劳试验中小梁的刚度损伤状况,基于材料力学的相关理论建立了小梁刚度损伤模型,分别研究了小梁的损伤由截面下部往上和由上下两边往中间扩展时其刚度衰变规律。研究表明:当小梁的损伤由下往上扩展时,小梁的中性轴与截面上部的距离由初始的0.5h先减小,随后又逐渐增大,最终又回到初始位置,同时,小梁的刚度衰减也经过3个阶段:小梁的刚度下降幅度较大阶段;小梁的刚度下降较为平缓阶段;小梁的刚度下降的幅度又有所增大阶段。当小梁的损伤由上下两边向中间扩展时,中性轴位置保持不变,小梁的截面刚度在初始阶段下降幅度较大,随后逐渐下降,最后趋于稳定。

AZ91镁合金的应变疲劳行为研究

研究了铸态和挤压态AZ91镁合金的室温应变疲劳行为。结果表明,铸态镁合金表现为循环应变硬化,而挤压态镁合金可呈现循环应变硬化、软化或循环稳定。与此同时,对两种状态的AZ91镁合金的应变寿命行为和循环应力-应变行为进行了分析测试,确定了相应的室温应变疲劳参数。此外,利用扫描电子显微镜观察分析了铸态和挤压态AZ91镁合金的疲劳裂纹萌生和扩展行为。

细晶化和余热处理抗震钢筋的高应变低周疲劳行为分析

基于钢筋混凝土中钢筋在地震交变载荷下的失效模型,采用恒应变控制方式,室温下对细晶化和余热处理两种生产工艺得到的400MPa级抗震钢筋的高应变低周疲劳性能进行了研究。疲劳寿命数据用双参数威布尔统计方程处理后采用Coffin-Manson和Hollomon公式拟合。为了计算地震载荷下钢筋的能量吸收率,建立一个新的预测模型并命名为循环韧度。结果表明,相对于余热处理钢筋,细晶钢筋具有更高的循环韧度、低周疲劳寿命,以及疲劳过渡寿命。余热处理钢筋在±1%应变幅以上加速循环软化,这是由于其表层回火马氏体中二次裂纹在循环载荷下萌生并快速扩展造成的。细晶钢筋循环塑性应变均匀,裂纹开裂几率小,具有较好的高应变低周疲劳性能。