加载频率与幅值对橡胶隔震支座力学性能的影响试验研究

为了探究加载频率、幅值对橡胶隔震支座水平等效刚度、特征强度、屈服后刚度、等效阻尼比及耗能等力学性能的影响,在实验室常温(25℃左右)环境中对直径为700 mm的典型常用天然橡胶支座和铅芯橡胶支座(共4个)进行了一系列的压剪试验,其中,加载频率变化范围为0.3~0.67 Hz,加载幅值变化范围为25%~250%。考虑到试验中加载设备摩擦力与惯性力的影响,本文对实测水平力进行修正并绘制出隔震支座的真实滞回曲线。实验结果表明:支座内部温度随加载频率的增大,升温越为明显,其中在最大加载频率下,天然与铅芯支座在前三圈循环下的升温幅度分别为5.24%和29.98%;随着加载幅值从25%~250%不断增大,隔震支座水平等效刚度和屈服后刚度的最大下降幅度分别为67%和55%,特征强度的增长幅度范围为64%~188%,且天然与铅芯支座耗能约增加15~26倍;此外,铅芯支座的内部温度上升幅度和各项力学性能均明显高于天然支座,但随着加载进行,铅芯支座的特征强度出现了更为明显的刚度退化,且在前三圈循环加载中天然与铅芯支座的特征强度分别退化了3.34%和12.2%。

Research on the Dynamic Performance of Low-Yield-Strength Shear Panel Damper for Bridge Application

This study seeks to develop a scientific understanding of the effects of dynamic loading history on the low-yield-strength shear panel damper(LYSPD) mechanical properties and fatigue performance.The LYSPD model is supposed as perfect elastic-plastic without strength deterioration.By adjusting the damper strength with the above supposition in the DYMO software,the serial earthquake response waves of the LYSPD under different soil conditions are obtained firstly.Subsequently,several waves,the most prone to damage at each soil condition, are selected as dynamic loading waves to verify the LYSPD dynamic performances experimentally.The test results suggest that the dynamic loading histories have no influence on the LYSPD strength or the supposed model while they affect the fatigue performance.The applicability and accuracy of three fatigue evaluation methods, cumulative plastic shear strain,cumulative energy absorption and Miner rule,are also compared according to the test results.

低幅载荷强化和损伤两重性试验研究

以40Cr试样的两级疲劳试验为基础,系统分析低幅载荷作用后试样疲劳强度变化规律,发现存在一个载荷最佳锻炼次数,低幅载荷的强化和损伤作用以这个最佳锻炼次数为分界点。在分界点之前,低幅载荷作用后试样疲劳强度逐级提高,低幅载荷表现为强化作用;在分界点之后,低幅载荷作用后虽然试样疲劳强度仍然得到强化和提高,但疲劳强度提高的程度逐级降低,即低幅载荷的强化作用逐级减弱,表明损伤的逐级增加。这种特性为产品轻量化设计时合理确定载荷谱中低幅载荷的等级及其作用次数提供重要参考。

经受低幅交变载荷后车辆零件屈服强度增长规律的研究

在试验研究的基础上拟合出零件在经受多次低幅交变载荷后，屈服强度随交变载荷大小及其循环次数而变化的关系方程。藉此方程，可较合理地描述零件在经受低幅交变载荷作用后的屈服强度增长规律，为疲劳试验和寿命预估中确定删除小载荷的原则提供了一定依据，也有助于车辆结构件的减重设计。

基于低载强化特性的疲劳寿命估计方法

准确地估计疲劳寿命对于汽车零部件的可靠性和轻量化设计具有重要的作用。但由于现有疲劳寿命估计方法认为载荷仅对零件造成损伤,导致工作载荷下基于传统疲劳寿命预估方法得到的疲劳寿命较为保守。大量研究结果表明,疲劳极限以下载荷对零件疲劳强度的强化作用。以碳钢低载强化特性为基础,基于Miner准则,提出一种考虑低载强化效果的简化的疲劳寿命预估方法。该方法将疲劳寿命预估分成两个阶段,在不同的阶段分别考虑低幅载荷的强化和损伤。通过对强化效果与强化载荷和强化次数的关系进行线性简化,简化了疲劳寿命的计算过程。以轿车扭杆梁后桥为对象,通过采集试车场道路下的工作载荷,利用该方法和Miner准则对后桥进行疲劳寿命估计,并通过道路载荷模拟技术对后桥进行试验验证。结果表明,该方法具有较高的精度。

圆柱齿轮低载强化试验研究

采用实物物理试验的方法,研究了某轿车倒挡圆柱齿轮在低幅载荷作用下轮齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命的强化特性,证实了低幅应力内存在一个强化载荷区域和最佳强化次数。经过低幅载荷强化,该齿轮轮齿的弯曲疲劳强度提高了3.97%,弯曲疲劳寿命提高了109%。在试验结果的基础上,得到了该齿轮轮齿弯曲疲劳强度、弯曲疲劳寿命随低载强化次数和强化载荷变化的函数关系。

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响,对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理,得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系,以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高,弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势,但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。

反复荷载下高强混凝土框架内节点抗震性能试验研究

在13个高强混凝土框架内节点试件试验研究的基础上,分析了反复荷载作用下节点核心区开裂特点、破坏形态和抗剪性能,并重点讨论了节点配箍率、轴压比对框架内节点抗剪性能的影响.根据试验实测数据的回归分析,提出了高强混凝土框架内节点抗剪计算公式,并将该公式与建筑抗震设计规范(GBJ11—89)的框架节点受剪承载力计算公式作了比较.试验结果表明C60级高强混凝土框架节点的抗剪强度计算采用现行建筑抗震设计规范的计算方法是可行的.

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。

大直径高强钢筋套筒灌浆连接预制柱抗震性能试验研究

设计了6个截面尺寸为600mm×600mm的钢筋套筒灌浆连接预制混凝土柱,对其进行了低周反复加载试验,其中配置的纵筋和箍筋均为500MPa级高强钢筋,受力纵筋直径为25mm和36mm。研究了预制柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力以及极限承载力,并分析了轴压比、纵筋直径和配箍形式对其抗震性能的影响。研究结果表明:达到峰值荷载时,500MPa级纵筋均能受拉屈服;试件极限承载力的计算值与试验值之比平均为0.78,具有一定安全度;轴压比为0.50的试件的滞回曲线饱满,而轴压比为0.25的试件,其根部灌浆接缝结合面发生破坏并出现了受力纵筋从套筒中拔出的现象,导致其滞回曲线出现捏拢,耗能能力相对较低;各试件的位移延性系数为3.80~5.31,极限位移角为1/47~1/33,均具有较高的延性水平;通过附加架立筋并配置复合箍的方式可保证大直径钢筋预制柱的抗震性能,并建议优选本文的配箍形式二。

汽车传动系齿轮低载强化的临界载荷研究

在试验研究的基础上拟合出汽车传动系齿轮在经受低幅交变载荷锻炼后,疲劳强度增长规律与临界载荷关系的经验模型。根据此模型提出了一种简便的确定结构件临界载荷的方法,并初步验证了该方法的正确性。应用该方法,从临界载荷估算出了传动系齿轮最佳强化载荷出现的区域及其经受低载强化后的剩余疲劳强度。

双向应力下传动轴材料的低载强化特性研究

以某汽车传动轴为对象,试验研究双向应力状态和给定的热处理工艺条件下材料试样的低载强化特性与规律。研究结果表明,双向应力下该材料试样仍然具有明显强化效果;经过最佳强化载荷和强化次数强化后,材料的疲劳寿命可以提高120%,疲劳强度提高大约14%;与单向应力状态下的低载强化特性相比,虽然双向应力状态下具有强化作用的强化次数和强化载荷、最佳强化次数和强化载荷有明显下降,但强化效果没有明显下降;最后就应力状态对低载强化特性影响的原因进行分析。

汽车结构件低载强化的微观分析

为了从微观上解释汽车构件低载强化产生的原因,利用透射电镜对汽车前轴低载强化前后微观组织特征进行了深入研究。结果表明：经过低载强化后,造成材料晶界附近位错高度缠绕,形成位错墙；晶粒变形时的晶界摩擦力增大,晶内的晶胞原子结合更紧密,在高载荷的反复作用下晶格常数仍能基本保持不变,晶界强化则是低载强化微观上的主要原因。

交变载荷对铝合金板表面残余应力的影响

采用铣削法在7075铝合金退火板表面引入初始残余应力,研究了交变载荷加载状态下表面残余应力的演变规律,并基于包辛格效应和塑性变形理论讨论了交变载荷加载状态时残余应力松弛机理。结果表明:交变载荷对铝合金板表面残余应力松弛的影响主要取决于加载应力与残余应力的矢量叠加;交变载荷对残余应力松弛主要在第一个作用周期;当加载周期增大到一定程度后,交变载荷比单向载荷对残余应力的松弛效果更好。

变速箱齿轮低载强化微观机理的初步研究

疲劳试验表明工艺强化后的高强度变速箱齿轮经过低载强化,其单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到一定程度的提高,而且疲劳寿命提高的幅度远大于疲劳后强度的提高幅度。本文参考未经过工艺处理的低强度前梁的低载强化微观分析结果,利用SEM和TEM对某汽车变速箱齿轮低载强化微观机理进行了初步研究,力图从微观上揭示工艺强化后高强度齿轮低载强化的成因和机理。结果表明,适当的强化载荷能够使高强度齿轮的疲劳扩展区域增加、裂纹扩展间距下降,低载强化使齿轮的微观组织得到进一步的锻炼、强度和硬度有所下降,但微观组织的整体机械性能得到提高。

修正Jhansale模型下材料随机交变加载应力应变分析

根据不同循环加载次数下材料循环应力-应变曲线的变化特点,利用材料屈服强度增量对不同循环次数下Jhansale模型骨架曲线进行修正,并分别针对硬化/软化材料利用修正的Jhansale模型进行随机交变加载下材料的应力应变分析.分析结果表明:与修正前模型相比,修正后模型的分析结果不仅符合材料记忆特性,而且可以反映材料循环硬化/软化的瞬态效应,对硬化/软化材料在循环加载下应力应变状态的描述更加准确.

螺旋弹簧快速疲劳试验加载优化方法

新设计以及投产加工制造的高应力圆柱螺旋弹簧都需进行快速疲劳试验,试验时间短。要求圆柱螺旋弹簧加载频率高,使用寿命长,实际疲劳断裂主要为正断型疲劳断裂模式。金属材料扭转疲劳断裂机制图诠释了材料的疲劳断裂寿命、屈服强度、外施交变切应力振幅和疲劳断裂模式之间的关系。利用原理图表述不同试验条件下引发疲劳断裂模式发生的替代变化。缩短快速试验时间的主要方法:提高加载应力水平;最大正应力不变条件下,降低应力比值;对圆柱螺旋弹簧进行优化的二次喷丸处理等。给出快速疲劳试验的一般试验程序。

带裂缝水箱承重墙的弹塑性分析

应用弹塑性理论分析屋面水箱的含裂缝承重墙体,得到临界荷载的计算公式,计算出的临界荷载远此砖砌体的局部抗压强度低。建议提高砂浆强度等级在砖砌体局部加强强度。

机能分离型软钢阻尼器的性能

为了开发大变形以及高耗能能力的具有机能分离作用的软钢阻尼器,将连杆系统引入到阻尼器的设计中.通过准静态渐增往复加载的试验方法,研究了连杆系统的重要参数连杆强度和连杆系数对阻尼器性能的影响.由于阻尼器的性能取决于阻尼面板的变形能力,而变形能力则通过应变集中系数来反应.因此,借助图像处理技术来得到阻尼器核心部件剪切面板的整体应变,通过分析面板的应变集中系数来比较阻尼器的破坏严重程度.试验结果表明:足够的连杆强度以及较大的连杆系数,可有效的减小剪切面板的应变集中系数,有利于显著提高阻尼器的变形能力、增加阻尼器的耗能性能等.

低周反复荷载下钢筋混凝土框架边节点抗剪强度的试验研究

本文介绍五个钢筋混凝土框架过节点试件在低周反复荷载下的试验结果。对边节点的抗剪强度进行了讨论。在与混凝土结构设计规范送审稿中框架节点抗剪强度计算公式对比的基础上,提出了框架边节点抗剪强度计算建议,对比试验结果,符合较好。