基于TCD的锚拉板疲劳性能分析与试验研究

锚拉板广泛用于钢箱梁斜拉桥中,但锚拉板与锚管连接的倒圆角处存在应力集中,在动力荷载作用下容易发生疲劳破坏.以大连某斜拉桥为工程背景,对其锚拉板疲劳性能展开理论分析与试验研究.首先通过临界距离理论(theory of critical distance,TCD)对锚拉板的疲劳性能进行理论分析,通过"线法"得到锚拉板等效应力为141MPa.然后进行疲劳试验,试验模型比例为1∶1.5.由试验测得锚拉板的最大等效应力32 MPa,最大变形3mm,锚拉板在施加荷载过程中处于弹性工作状态.在200万次的疲劳加载后未发现裂纹.理论分析和疲劳试验结果表明,该斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构在设计寿命期内,不会发生疲劳开裂.

基于Abaqus二次开发的复杂结构寿命计算平台

临界距离理论适用于计算复杂结构的蠕变疲劳寿命,但在工程实践中该方法的计算效率很低。为解决这一问题,使用Python语言对Abaqus软件进行二次开发。所开发软件可以使用临界距离法计算结构的蠕变疲劳寿命,并提供多种功能以提高分析效率,包括模型信息提取、材料参数导入和计算结果输出等。通过对某型高压涡轮叶片进行分析计算验证了软件适用性。结果表明该软件可以有效简化临界距离法的步骤,实现对复杂结构蠕变疲劳寿命的高效计算,具有一定工程价值。

基于扎根理论及G1-CRITIC-距离函数判法-VIKOR的铁路建设项目安全管理标准化评价

为促进安全管理标准化管理模式顺利实施,铁路建设项目安全管理迈向高标准高水平,开展铁路建设项目安全管理标准化评价研究。首先,以标准化管理为理论基础,根据质性研究方法-扎根理论对数据进行编码处理,建立以制度管理标准化、人员配备标准化、物料管理标准化、环境管理标准化、现场作业标准化、过程控制标准化为6个核心范畴和32个主范畴的铁路建设项目安全管理标准化评价指标体系。其次,借助劳伦茨曲线的基尼系数改进CRITIC方法,提出“G1-CRITIC-距离函数判别法”模型,计算属性权重。最后,采用VIKOR算法对案例项目进行实证分析,基于安全管理标准化值U_(R)评估标准化管理水平。结果表明:各案例项目的安全管理标准化水平不同,U_(R)值具有显著差异,P_(1)~P_(5)各项目的U_R值分别为0.047 6、0.148 3、0.451 9、0.971 5、0.648(其中P_(4)属于“高水平”;P_(3)和P_(5)属于“中水平”;P_(1)和P_(2)属于“低水平”)。通过折衷系数扰动下的敏感性分析,综合考虑群体效用和个体妥协,对不同等级的建设项目(P_(1)~P_(5))分别进行讨论,并提出标准化建设的决策建议。研究结果与各案例项目实际安全管理标准化程度相符,为深入推进铁路建设项目标准化管理工作、促进建设项目各项安全管理行为规范运作和管理体系的持续改进提供参考依据。

明珠湾大桥钢桥面板易损焊接节点疲劳寿命预测

准确预测正交异性钢桥面板疲劳易损部位在往复车辆荷载下的疲劳寿命,能够为桥面板的日常维护提供依据,进而避免疲劳破坏的发生。首先,建立了明珠湾大桥正交异性钢桥面板节段有限元模型,使用Dload子程序实现了移动车辆荷载模型的施加,确定了3个易损部位的应力历程;然后,通过编写雨流计数法程序得到了易损部位的疲劳应力频值谱;最后,基于热点应力法与临界距离理论对易损部位进行了疲劳寿命预测。结果表明,在车辆荷载作用下,钢桥面板U肋-横隔板连接处受力最为不利,疲劳寿命预测值仅23 a,为明珠湾大桥钢桥面板中最易产生疲劳开裂的位置,日常巡检时需尤为注意;U肋-盖板连接处和横隔板弧形开口部位在设计基准期内不会出现疲劳开裂。

基于临界域法的桥梁钢丝腐蚀疲劳寿命

为评估桥梁钢丝服役期间的腐蚀疲劳性能,采用临界域法,根据钢丝腐蚀坑局部应力梯度求解临界距离.采用精细有限元法,建立了钢丝腐蚀疲劳寿命预测模型;通过圆形、三角形和含切口的三角形3种形状腐蚀坑钢丝的疲劳试验,获得了它们的疲劳寿命,并与疲劳寿命的预测结果进行比较.研究结果表明:轴向应力分布决定钢丝的疲劳强度;临界距离随应力集中效应增强而减小;腐蚀钢丝的剩余寿命可根据应力集中系数评估,应力集中系数大于3的腐蚀钢丝应考虑更换.

基于临界距离-临界平面方法预测DZ125缺口低循环疲劳寿命

考虑到镍基定向凝固合金滑移相关的塑性流动和裂纹萌生机制,视其面心立方晶体结构中可能开动的滑移系为临界平面并以最大分切应变范围(?γmax)为损伤参数,分别采用热点法和临界距离理论(Theory of critical distance,TCD)对DZ125的低循环疲劳寿命进行分析和预测。研究结果表明,基于热点法的临界平面法其寿命预测偏保守,且应力集中程度越大其保守程度越明显;运用TCD时发现,缺口试件的临界距离不仅同材料、失效寿命以及应力比有关,同应力集中程度亦相关。如果以尖锐缺口试件为校准试样或采用平均思想处理临界距离,其寿命分散带均大于10倍。而假定临界距离同应力集中程度相关时获得的寿命预测分散带缩小为2倍。

热点应力法评定焊接接头疲劳强度的影响因素

将三种方法确定的热点应力作为控制应力,引入焊接接头的疲劳切口系数,由Taylor的临界距离理论得到该系数.通过讨论接头类型、焊缝局部尺寸、板厚以及热点应力的确定方式对疲劳切口系数的影响,揭示热点应力法进行焊接接头疲劳评定的影响因素.结果表明,腹板厚度与焊缝局部几何尺寸对疲劳切口系数的分散性影响较小,但主板厚度的效应明显,由疲劳切口系数得到的板厚效应预测与试验结果接近;以两种外推法为基础构成的热点应力法能明显减少疲劳数据的分散性及其对接头类型与载荷形式的依赖性.

穿透型疲劳裂纹扩展与铝合金局部点蚀损伤特征参数的依存性分析

铝合金的腐蚀以点蚀特征为代表,在腐蚀介质的侵袭下,其构件表面会出现大量的腐蚀坑。这些腐蚀损伤特征对于局部的应力应变产生影响,并且伴随着氢的渗入材料局部的脆性增强,对于临近裂纹的扩展会产生较大的影响。通过建立与局部点蚀损伤特征参数相关的裂纹扩展表征模型表征局部腐蚀对于临近的裂纹扩展影响程度,对于铝合金结构的腐蚀损伤容限评估具有参考价值。

临界距离理论评定焊接接头疲劳寿命的研究

研究局部法应用于焊接接头疲劳评定的有效性和适应性.基于Taylor的临界距离理论,引入开裂部位的当量应力,它由有限元计算得到.针对钢质与铝质十字接头的疲劳数据进行分析,承载型十字接头的疲劳裂纹源于焊趾或焊根,由当量应力的大小所预测的开裂部位与实验结果相符.对疲劳裂纹源于焊趾部位的承载与非承载型十字接头,以焊趾部位的当量应力作为控制应力,此时疲劳数据的离散程度低,可望将焊趾开裂十字接头的疲劳强度以及S-N曲线统一表示.对疲劳裂纹产生于焊根的承载型十字接头,将焊根部位的当量应力作为控制应力,疲劳数据的分散度较大,与名义应力法相当,此时,局部法的有效性值得进一步考察.

基于临界距离法的泵头体材料疲劳寿命预估

目前有关临界距离法公式修正的相关研究较少,也未见此法在泵头体材料疲劳寿命研究中的报道。为了研究临界距离理论能否合理预测缺口试件的疲劳寿命,建立了某泵头体材料铬镍合金缺口试件的有限元模型,得到其缺口根部的线弹性应力场,通过光滑试样的疲劳拉压试验测定了此材料的S-N曲线,并进行了多组缺口试样的疲劳试验,得到其疲劳寿命,应用传统临界距离法中的点法和线法进行了缺口试样的理论疲劳寿命预估。研究结果表明:与试验结果对比发现传统点法和线法的误差分别为-35. 44%和140. 40%,这一结果相较于目前工程应用的其他方法较为精确,验证了临界距离法对缺口试件疲劳寿命预估的有效性。对传统点法和线法进行修正并用修正公式计算缺口试件的疲劳寿命,其与试验数据的误差分别为18. 87%和12. 44%。修正公式大大提高了疲劳寿命预估的精度,具有一定的实际意义。

缺口件疲劳特性研究方法

缺口件疲劳问题的研究日益引起各国学者的重视.局部应力一应变法以其简单性在工程中得到了广泛应用,该方法通常会得到偏于安全的结果.引入疲劳缺口因子代替弹性应力集中因子针对缺口疲劳进行研究,仍未能从本质上改善预测结果的准确性.考虑到"热点应力"附近的相对应力梯度,提出了应力梯度法研究缺口件疲劳问题,这一概念亦被用于应力场强度方法中,如何准确确定损伤区域是应力场强度方法需要解决的问题.临界距离理论可将Neuber律、Peterson方法及应力场强度方法进行有效统一,同时有限元方法的发展进一步支持了该理论.目前,该方法在高周疲劳研究中取得了较好的效果,但对低周疲劳寿命预测的有效性仍需进一步的验证.

钢桥疲劳评估研究进展

介绍近期国内外关于钢桥疲劳研究的新进展,主要是热点应力法、临界距离理论法、连续介质损伤力学和断裂力学法在钢桥疲劳评估中的应用。分析现行设计规范推荐的疲劳评估法存在的不足,提出钢桥疲劳三阶段评估法。在整体-局部模型和局部精细化模型中采用热点应力、临界距离理论与断裂力学法是三阶段疲劳评估的关键内容。三阶段疲劳评估法具有良好的普遍适用性,可提高疲劳寿命评估的效率和准确性。

基于统一强度理论的人工挖孔桩桩间土稳定性计算

本文基于统一强度理论推导了,人工挖孔桩桩间临界距离与桩间土稳定性的计算公式。计算实例,将临界距离的计算结果与利用M-C准则的计算结果比较,验证了公式的正确性,研究了统一强度参数b对临界距离的影响。计算桩间土的稳定性系数,研究了统一强度参数b对稳定性系数的影响,分析了双剪参数m,mr对稳定性系数的影响。结果表明,中间主应力对桩间土稳定性的影响不容忽视;采用统一强度准则时,能充分发挥材料的潜能,节约资源。

基于临界距离理论砂浆梁断裂性能的研究

采用一种只基于线弹性理论基础的新型断裂准则——临界距离理论,对3种强度、槽口深度、槽根部半径共27种组合下的U型槽口梁试件进行三点弯曲实验。通过公式计算和有限元模拟得出及校核临界距离理论参数,并据此推导出一种预测槽口梁试件最大荷载的新公式。分析发现,对于不同槽口特征下试件的最大荷载,新公式具有良好的预测精度,且临界距离理论参数L值随砂浆强度的增长而增大。

带U形切槽素混凝土梁的断裂特性

为了研究U形切槽的深度、切槽根半径及骨料最大粒径对混凝土材料断裂特性的影响,制作了66根跨中带U形切槽的试验梁,包括了4种切槽深度、4种切槽根半径、3种粗骨料最大粒径变化的22组试件。试验采用三点弯曲方式对试验梁进行加载,利用数字图像相关方法获取切槽口张开位移,基于临界距离理论和能量密度准则对试件梁的广义断裂韧度进行分析。研究结果表明:在控制变量的原则下,试件的破坏荷载随着U形切槽深度和根半径的增加而减小,在最大粗骨料粒径为20 mm时最大;切槽口张开位移与荷载正相关,同一荷载下,切槽口张开位移随着切槽深度、根半径及骨料最大粒径增加而增大。将临界距离理论与能量密度准则得到的广义断裂韧度进行对比,说明临界距离理论可用于计算带U形切槽混凝土梁的断裂韧度及其对应的广义断裂韧度。

切口的临界距离原理断裂准则

借助于有限元分析,探索临界距离原理应用于各种切口石墨平板脆断的有效性,其中包括U型切口平板的拉伸试样、钝V型切口半圆形弯曲试样、单边钝V型切口三点弯曲梁试样和钝V型切口的巴西圆盘压缩试样等。首先利用临界距离原理,标定材料的特征距离和内部强度应力,计算出两种石墨材料的断裂韧度,并与文献中的给定值进行了比较。然后预测了I型模式下各切口件的断裂载荷,并与实验结果进行了比较。结果表明:临界距离原理不仅可以预测切口件的断裂,还提供了一种根据切口件的断裂实验来预测材料断裂韧度的工程方法。而且,临界距离原理的最大优点是只需要切口附近的数值结果,从而避免求解切口附近复杂的解析应力场,因而适合工程应用。

基于线法的U形切口混凝土梁断裂参数研究

混凝土的断裂韧度是重要的材料参数,本文利用含U形切口的三点弯曲梁试验结合临界距离线法来获得混凝土的断裂韧度.理论推导了含断裂韧度与不同根部半径的断裂失效方程,采用有限元法计算了切口应力集中系数.根据断裂失效方程和试验中的材料几何参数,利用最小二乘法拟合计算得到混凝土材料的断裂韧度和抗拉强度.对小切口半径情形,采用双K断裂准则分析计算了混凝土起裂韧度和失稳断裂韧度,分析结果表明:临界距离线法得到的材料断裂韧度与双K断裂准则中的失稳断裂韧度吻合,同时获得相应临界距离值.

基于临界距离法的含表面缺陷车轴试样疲劳强度预测

基于临界距离法进行含表面缺陷车轴试样疲劳强度预测研究。使用轴向疲劳试验测试光滑试样、环状V型缺口试样、孔洞缺口试样的疲劳极限,同时也测试了材料在应力比R=-1下的裂纹扩展门槛值。借助有限元计算,基于临界距离法预测含表面缺陷车轴试样的疲劳极限,并采用试验结果验证。研究结果表明,当基于临界距离法预测含表面缺陷车轴试样的疲劳极限时,临界距离法中的点法误差较大,而线法具有更高的预测精度,能够满足工程需求。该方法在对预测表面缺陷车轴疲劳强度上具有重要指导意义。

考虑几何特征与载荷敏感性的航空发动机结构件疲劳寿命预测模型

为了分析几何特征和载荷因素对几何复杂结构疲劳寿命预测的影响,给出了结构损伤区的定义方法,通过引入几何特征因子和疲劳权函数表征几何特征对疲劳寿命的影响,定义了载荷敏感性因数表征载荷因素对疲劳寿命的影响,以临界距离理论为基础,结合有限元分析、Origin函数拟合及Matlab程序等多种工具,发展了一种考虑结构几何特征与载荷敏感性的缺口疲劳寿命预测模型,并将该模型用于TC4、GH901和DZ125合金的缺口试样低循环疲劳寿命预测,结果表明:对于不同几何特征、不同载荷大小和不同材料等多种情况,寿命的预测值与试验值基本在2倍分散带之内,预测精度较为理想且高于多种现有其他方法,验证了该预测模型具有可行性和优越性。

一种多轴向耦合随机激励下缺口试件振动疲劳寿命预测方法

提出了一种多轴向耦合随机激励下缺口结构振动疲劳寿命预测的频域分析方法。实施了缺口试件的双轴向随机振动疲劳试验,研究了两个振动轴向上载荷谱之间的相干性和相位差对缺口试件疲劳损伤的影响规律;通过随机振动分析计算得到试件缺口根部各节点的应力功率谱密度矩阵,并假设缺口试件裂纹萌生点为历经von Mises应力最大均方根值的节点;缺口试件疲劳临界点可由疲劳裂纹初始点和修正临界距离理论确定;在疲劳临界点处通过Carpinteri-Spagnoli频域准则计算缺口试件的振动疲劳寿命,并与试验结果进行了对比。结果表明:该多轴缺口疲劳预测方法具有较高的预测精度,绝大部分预测结果都在3倍误差带内。