基于金属磁记忆的钢结构焊缝疲劳试验

金属磁记忆检测技术已经在对接焊缝疲劳损伤检测方面有了诸多研究成果,但是目前的研究主要集中于对接焊缝的拉压疲劳,与实际结构中焊缝的弯拉疲劳过程之间存在差异.为此,本研究开展了含对接焊缝的工字钢梁疲劳试验,旨在真实地模拟实际工程中对接焊缝的疲劳开裂过程,揭示疲劳过程中磁信号的变化规律.试验结果表明:焊缝的初始焊接状态对于磁信号分布曲线的变化趋势有一定的影响,对于同一焊缝,当其初始磁信号曲线分布趋势相似时,其峰值及谷值随疲劳周次的变化趋势基本一致;研究发现,磁信号分布曲线的突变可以表征宏观疲劳裂纹出现,但是在疲劳稳定阶段,磁信号法向分量对于疲劳损伤的累计更加敏感;经过标准化处理后的矢量合成磁场平均值特征曲线可以表征焊缝疲劳的变化过程,捕捉到疲劳裂纹萌生的广义时间节点,从而对宏观疲劳裂纹的出现起到预警作用.     

Q345钢对接接头低周疲劳性能试验研究

采用等幅轴向低周疲劳试验,通过疲劳寿命、循环应力-应变响应特征及应力-应变滞回曲线等指标研究了Q345钢对接接头的疲劳性能,观察了疲劳断口宏观特征,并在试验研究和有限元分析的基础上,建立了该焊缝材料的疲劳寿命预测公式.结果表明:焊缝材料初始阶段表现为明显循环硬化现象,后期为轻微循环软化,总体上提高了材料的强度及疲劳性能;随着轴向位移的增加,应力幅增大,循环硬化率线性减小;滞回曲线光滑、饱满,材料耗能能力稳定;疲劳断口可明显划分为裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区,为典型疲劳破坏断口.得到的疲劳寿命预测公式对实际工程中Q345钢结构的疲劳分析和寿命预测具有重要意义.     

四通道多频涡流定量评价曲轴圆角疲劳裂纹深度的试验研究

再制造前曲轴圆角疲劳裂纹扩展深度是影响其剩余疲劳寿命的重要因素,采用无损评估方法评价圆角疲劳裂纹扩展深度对于再制造前曲轴的质量控制至关重要. 根据曲轴圆角的几何特征,应用多频涡流技术结合曲轴四通道涡流检测探头对圆角疲劳裂纹扩展深度进行定量评价. 结果表明:多频涡流信号幅值的变化可以准确判断裂纹位置,进而可根据多频涡流信号的幅值反演裂纹的深度信息,为再制造前曲轴的质量控制提供依据.      

Inconel 718合金短管高温低周疲劳行为

基于位移循环加载试验,对反应堆压力容器密封元件Inconel 718合金O形环短管试样变形幅控制下进行了常温和300℃高温低周疲劳试验研究.结果表明,在循环加载中试样发生接触力松弛,当位移压缩比峰值不低于8%且压缩比幅值超过0.6%时试样会产生低循环疲劳失效.采用弹塑性接触有限元方法对引发疲劳裂纹的试样危险局部的应力应变进行了分析,给出了位移压缩比幅值与危险局部应变幅值的短管疲劳寿命估算式.疲劳试样断口微观分析表明,在初始大变形引起的裂纹萌生区,断口微观形貌表现为晶体滑移与解理撕裂,而在裂纹扩展区表现为解理撕裂与疲劳辉纹共生的混合型裂纹扩展.     

基于试验模态分析的钢棒裂纹缺陷损伤性

为克服传统无损检测方法检测缺陷成本高、局部化等缺点,采用单输入单输出(SISO)的试验模态分析方法,对直径8mm的不同损伤钢杆进行试验研究.通过对相应动态参数的分析,提取振型应变模态差分曲线为裂纹缺陷直接评价指标.模态分析结果表明,利用此指标能准确地判断实际损伤位置和评估损伤程度,此方法可用于工程结构缺陷的动态无损检测和评估中.     

一种带可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式

利用旧桥梁钢实验研究了疲劳裂纹扩展速率表达式,并以一种新的方法获得了带有可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式.该表达式表明了疲劳裂纹扩展门槛值的存在,它覆盖疲劳裂纹扩展A区和B区.为精确评估在役钢结构的安全寿命提供了理论依据.     

随机冰载下海上固定平台管节点的疲劳寿命估算

根据冰激振动理论，分析了海冰对海上钻井平台的不同破坏形式，为了解决海洋石油钢结构在低温冰载作用下的疲劳性能问题，进行了室温与低温下随机冰载作用对钢结构疲劳裂纹扩展的试验研究。根据试验结果，计算了平台管节点的疲劳累积损伤和随机冰载的等效应力，提出了综合计算等效应力幅的新方法，给出了管节点的疲劳寿命曲线及基储算参数。     

一种带可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式

利用旧桥梁钢实验研究了疲劳裂纹扩展速率表达式，并以一种新的方法获得了带有可靠性的疲劳裂纹扩展速率表达式．该表达式表明了疲劳裂纹扩展门槛值的存在，它覆盖疲劳裂纹扩展A区和B区．为精确评估在役钢结构的安全寿命提供了理论依据．     

随机冰载作用下海上固定平台管节点的疲劳寿命估算

根据冰激振动理论，分析了海冰对海上钻井平台的不同破坏形式．为了解决海洋石油钢结构在低温冰载作用下的疲劳性能问题，进行了室温与低温下随机冰载作用对钢结构疲劳裂纹扩展的试验研究．根据试验结果，计算了平台管节点的疲劳累积损伤和随机冰载的等效应力，提出了综合计算等效应力幅的新方法，给出了管节点的疲劳寿命曲线及其计算参数．这种新的计算方法，考虑了冰载相对时间和相对冰厚的随机性，能提高寿命估算的精确度     

高阶固有频率检测评估旧零件疲劳损伤的研究

针对再制造工程中旧零件内部疲劳损伤难以检测的问题,尝试运用高阶固有频率对疲劳损伤的敏感性来检测评估旧零件疲劳损伤,并进行了试验研究。首先,通过ANSYS模拟分析,从理论上论证,高阶固有频率比低阶固有频率能更敏感地反应损伤变化、检测损伤;然后,采用自主研发的双通道高灵敏声振检测仪构建了高阶固有频率测量方法,固有频率的实测值与理论计算值的误差均小于3%,表明测量方法具有较高精度;预置裂纹和经过疲劳试验试件的高阶固有频率值,对裂纹(裂纹率8.3%~33.3%)和疲劳试验时间6~30 h试件均有不同的变化,表明高阶固有频率可以检测评估疲劳损伤;最后,在再制造工厂对一批连杆体旧零件进行高阶固有频率测试,发现在役使用时间仅有41 h旧零件的高阶固有频率已有明显变化,表明高阶固有频率对旧零件疲劳损伤很敏感,将会是再制造旧零件无损检测的新途径。     

加锚头丝沥青混凝土路面结构的抗裂性能试验

针对沥青混凝土路面开裂问题,在沥青面层和基层沿道路纵向布设锚头丝,对路面结构施加预应力防止路面开裂。通过室内试验,对加锚头丝和不加锚头丝的沥青混凝土试件分组做了力学性能对比研究,并对不同锚头形式的应用效果进行了分析。结果表明:加锚头丝的沥青混凝土试件比不加锚头丝的沥青混凝土试件的抗拉强度、抗弯拉强度和疲劳性能分别平均提高了60.74%、46.40%、134.02%;锚头形式为直径1.3 mm的钢丝焊接角铁试件的抗拉强度值最大,而锚头形式为直径为1.1 mm的铁丝加小螺丝帽试件的抗弯拉强度值和疲劳次数最大。     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

二次带状组织对低合金非调质钢疲劳性能的影响

采用应力比为0. 1的轴向拉伸疲劳试验分别研究了低合金钢DG20Mn和35CrMo钢的疲劳性能与带状组织的关系.结果表明:带状组织对试验材料的轴向拉伸性能没有明显影响,对35CrMo钢的轴向拉伸疲劳性能影响较小,但严重减弱DG20Mn钢的轴向疲劳性能. 带状组织对疲劳性能的影响主要是由于在高的疲劳拉应力下,带状组织引发疲劳微裂纹、微空洞等疲劳损伤,导致疲劳裂纹萌生及扩展模式发生变化,从而影响疲劳性能.     

钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

钢纤维增强超高强混凝土拉压比试验研究

在超高强混凝土(C100级)中掺入螺纹型钢纤维,通过立方体抗压强度与劈裂抗拉强度试验,研究钢纤维对超高强混凝土增强增韧效果和拉压比性能的影响.立方体试件尺寸为100mm×100mm×100mm,钢纤维掺量为0、0.50%、0.75%、1.00%、1.50%.试验结果表明,掺入钢纤维后,超高强混凝土立方体试件裂缝开展路径较多,裂而不散,坏而不碎,抗压韧性显著增强;抗压强度提高10.6%～15.5%,劈裂抗拉强度提高38.2%～91.9%;掺入钢纤维的超高强混凝土拉压比为0.060 5～0.084 6,拉压比提高24.08%～73.46%.提出了钢纤维超高强混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度预测模型,预测值与试验值误差分别在±1.79%、±17.84%范围内.掺入钢纤维可使超高强混凝土脆性大、韧性小的缺点得到显著改善.     

桥梁焊接构件疲劳损伤测试与分析

对桥梁结构中典型的焊接构件的缩尺试样进行实验研究,探讨了焊接构件在高频动载下的高周疲劳损伤破坏过程及其特征．通过动态捕捉焊接试样在焊趾附近的应变变化情况,直观描述了疲劳损伤演化过程中的3个典型阶段;通过研究疲劳实验过程中试件固有频率的变化情况,定量给出了试样的疲劳损伤演化曲线,为研究结构的疲劳损伤情况提供了一种新的方法．结果表明：在焊接试样的总疲劳寿命中,对应于疲劳裂纹萌生期和扩展期的寿命占主要部分,达到总疲劳寿命的90％左右,而产生宏观可见的疲劳裂纹到试件断裂的寿命周期很短,只占到总疲劳寿命的10％左右．疲劳裂纹源和裂纹扩展区部分的图像呈放射状的人字形条纹,人字纹指向裂源,其反向为裂纹的扩展方向．     

冷锻模具材料高速基体钢应变控制室温疲劳性能

对冷锻模具材料高速基体钢进行了室温下的单轴静态拉伸试验和应变控制单轴对称拉压低周疲劳试验,获得了静态拉伸力学性能和低周疲劳性能参数.通过对试验数据进行拟合,得到了高速基体钢材料在室温下静态单调拉伸应力-应变关系、循环应力-应变关系以及循环应变-寿命曲线.试验结果表明,该模具材料在本试验控制的循环应变幅范围内发生了循环软化,疲劳断裂之前未观察到明显的应力饱和现象.以控制应变幅为1.5%的试样为例,对材料的低周疲劳行为特性进行了分析.材料的循环应力响应分为明显软化,软化效应减弱和瞬时断裂3个阶段.     

锚拉板式索梁锚固结构焊缝抗疲劳性能研究

以组合斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构为对象,进行1∶2.5的锚拉板式索梁锚固结构缩尺模型疲劳试验,并采用MSC Marc有限元软件建立有限元模型进行数值模拟,研究了锚拉板式索梁锚固结构中锚拉板的应力分布规律及疲劳性能.结果表明,锚拉板式索梁锚固结构关键部位为锚拉板与加劲肋、主梁顶板间连接焊缝处,以及锚拉板中部开口附近部位;循环加载过程中的动应变时程曲线和静载时测点应力-荷载曲线均基本呈线性关系,静载时测点的Von Mises应力、测点应力-荷载曲线均不随荷载循环次数发生变化,锚拉板试验模型处于弹性工作状态;200万次疲劳试验后,整个试验模未出现裂纹和异常现象;该锚拉板式索梁锚固结构所有焊缝的应力幅小于BS5400规定的容许疲劳应力.     

超高韧性水泥基材料桥面连续构造的疲劳试验

通过3个桥面连续构造节点的疲劳试验,分析不同材料(普通混凝土和超高韧性水泥基材料(UHTC))和配筋下桥面连续构造的疲劳性能.试验结果表明:在疲劳荷载作用下,UHTC材料表现出了明显的多缝开裂和延性破坏特征;在同等应力条件下,UHTC材料桥面连续构造节点的疲劳寿命是普通钢筋混凝土试件的3倍以上;相同荷载作用下,相比于普通混凝土,UHTC能有效减缓钢筋应变幅的增长,减缓桥面连续构造在疲劳荷载作用下的刚度退化,从而大大提高了桥面连续构造的疲劳寿命.