Q345B钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳试验

为了研究不同加载制度下的钢框架梁柱节点焊缝低周疲劳性能,设计并完成了六个足尺全焊接梁柱节点焊缝低周疲劳试验,研究了节点焊缝的疲劳裂纹萌生及扩展规律,分析了循环幅值、加载历程对节点疲劳性能的影响,比较了在常幅、变幅及随机荷载作用过程中的疲劳损伤累积程度。结果表明:在三种加载制度下,梁翼缘焊接孔处焊趾最易萌生疲劳裂纹,最终断裂的路径均为焊接孔焊趾裂纹斜向发展,与翼缘焊缝端部裂纹汇合,造成全截面断裂;试件直接经历等幅大变形对节点的疲劳性能较为不利,经历由小变形到大变形的加载过程更能发挥耗能能力;常幅加载的幅值越大,节点累积损伤的速率越快,越早发生疲劳断裂.     

焊接节点构造细节的低周疲劳试验研究

为了研究Q235低碳素钢平板对接焊接试件以及十字型承载V型坡口焊接试件的低周疲劳行为,采用等幅应变控制法对24个试件在不同塑性应变幅下的超低周疲劳性能进行了测试,拟合得到了两类焊接构造细节试件的疲劳寿命S-N曲线,并将测试结果与国际焊接协会发布的疲劳设计规程中同类焊接构造细节的S-N曲线进行对比.结果表明:平板对接焊接试件与十字型承载V型坡口焊接试件的裂纹起源不相同;在超低周疲劳范围内,两类焊接材料的损伤破坏主要包括材料延性损伤和循环疲劳损伤,比国际焊接协会中相同疲劳构造细节的高周疲劳寿命S-N曲线预期的疲劳强度更低,表现出更低的疲劳寿命.     

超高性能混凝土铺层提升钢桥面板疲劳性能试验研究

为明确超高性能混凝土（UHPC）铺层对钢桥面板疲劳性能的定量提升效果，考虑单轮和双轮两种加载模式，对正交异性钢桥面板典型的U肋?盖板?横隔板焊接节点在UHPC铺装前后的疲劳性能开展试验研究。首先基于静载试验得到焊接节点关键区域的热点应力分布，随后开展高周常幅疲劳试验，得到节点试件的疲劳裂纹萌生及扩展过程、疲劳破坏模式、刚度退化以及疲劳寿命等关键性能指标。结果表明：同等荷载作用下，钢?UHPC组合节点焊趾处热点应力值显著降低，最大降幅达58 %；与无UHPC铺层节点相比，钢?UHPC组合节点的疲劳裂纹数量减少，裂纹扩展速率和刚度退化速度得到了有效抑制，特征疲劳寿命也得到了大幅提高。国际焊接协会疲劳设计指南中的FAT 90、FAT100级S-N（应力幅?疲劳寿命）曲线可适用于UHPC铺装前后钢桥面板的疲劳寿命评估。     

基于断裂力学的钢-UHPC组合结构中栓钉的疲劳寿命评估

为研究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板中焊接栓钉疲劳寿命的高效评估方法,采用Schwartz-Neuman交替法建立钢-UHPC组合结构中栓钉焊缝表面裂纹的三维断裂力学模型,进行裂纹扩展模拟和栓钉的疲劳寿命预测。首先使用2种常用有限元软件ANSYS和ABAQUS中的断裂力学模型验证Schwartz-Neuman交替法的计算精度和效率;然后采用Schwartz-Neuman交替法求解不同栓钉焊缝初始裂纹的应力强度因子并对其进行参数分析;最后基于栓钉焊缝裂纹的三维扩展预测焊接栓钉的疲劳寿命,与钢-UHPC组合结构的推出疲劳试验结果进行比对,并通过ANSYS和ABAQUS中的断裂力学分析模型以及Schwartz-Neuman交替法给出的圆柱体内深埋倾斜圆形裂纹应力强度因子计算结果的比对,验证了Schwartz-Neuman交替法的优越计算能力和准确性。结果表明:在钢-UHPC组合结构的层间剪力作用下,钢-UHPC组合结构的栓钉焊缝裂纹属于Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型复合的混合型裂纹,且裂纹呈非平面扩展;栓钉的疲劳破坏位置主要取决于栓钉焊缝2个焊趾处初始裂纹相对于裂纹驱动力的方位和裂纹尺寸之比;基于栓钉焊缝表面裂纹三维扩展得到的栓钉疲劳寿命预测值与推出试件疲劳试验给出的栓钉疲劳寿命实测结果吻合良好,证明基于Schwartz-Neuman交替法的表面裂纹三维扩展可高效和可靠地用于钢-UHPC组合桥面板中栓钉的疲劳寿命评估。     

B型套筒角焊缝力学性能模拟实验

X80钢管道的环焊缝缺陷一般采用B型套筒补强的方法。为了进行B型套筒角焊缝力学性能模拟实验,并探究超声冲击对其力学性能的影响,设计多组X80钢材质的品字形角焊缝试件,用以模拟补强管道的拉伸、弯曲、低周疲劳工况。采用万能实验机和疲劳实验机,测得超声冲击处理前后试件的最大拉伸力、最大弯曲载荷和拉伸力-循环次数曲线。实验结果表明,超声冲击处理角焊缝,对B型套筒结构的抗拉强度、弯曲强度、疲劳强度基本没有影响;在管道环焊缝完全开裂的极端情况下,B型套筒角焊缝能承受的极限弯矩约为管道母材的69%。实验结果可为确定B型套筒的适用条件提供基础数据。     

管节点国产化疲劳性能的试验研究

介绍了国产海洋用钢（Ｚ向钢）焊接Ｔ型管节点疲劳试验的过程和成果．试验对Ｔ型管节点的应力集中系数、应力分布、疲劳寿命及裂纹扩展进行了详细测量，经过分析得到Ｔ型管节点实测应力集中系数的经验公式、疲劳Ｓ－Ｎ曲线及裂纹扩展规律．试验结果表明国产Ｚ向钢、国内焊接工艺和加工制造的焊接管结点有较好的疲劳性能，为我国海上平台国产化提供了依据．     

焊接热影响区的腐蚀疲劳性能

利用焊接热模拟技术,在疲劳试样上模拟出与实际焊接热影响区不同组织区相近的组织,并用这些试样进行了疲劳寿命和疲劳裂纹扩展实验。通过了解焊接热影响区不同组织区的腐蚀疲劳性能,研究了焊接过程对CF-60钢腐蚀疲劳性能的影响。结果发现:焊接过程降低了CF-60钢的耐腐蚀疲劳性。其原因在于,焊接热影响区中的不完全重结晶区的腐蚀疲劳性能低于母材和其它组织区的疲劳性能。不完全重结晶区的耐蚀性最差是其腐蚀疲劳性能下降的主要原因之一。     

盖板加强型节点局部试件断裂性能试验研究

为研究钢框架盖板加强型节点焊缝处发生断裂的可能性,设计制作了11个盖板加强型节点局部试件进行单调拉伸试验,研究了加载速率、加强板厚度、焊缝缺陷对局部试件断裂性能的影响。试验结果表明:试件破坏形态主要分为梁翼缘板颈缩断裂和加强板端部角焊缝断裂两类;提高加载速率会导致试件塑性变形能力降低;加强板厚度变化对局部试件影响较小;对接焊缝缺陷对试件的承载能力及焊缝的断裂性能影响不明显;试件对加强板端部角焊缝缺陷较敏感,缺陷处易发生断裂。     

钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝疲劳试验

为研究钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝的疲劳性能,采用机械型振动疲劳试验机对制作的9个试件进行等幅疲劳加载,并通过名义应力和热点应力2种方法对试件焊缝疲劳性能进行评价。试验结果表明：疲劳荷载作用下,试件疲劳裂纹开展路径均从焊趾处萌生、沿焊趾开展、最终垂直于焊趾沿板横向往两侧对称扩展。采用名义应力法时,试验结果均位于JSSC-G疲劳强度为50 MPa的S-N曲线上方;采用热点应力法时,试验结果均位于Eurocode 3规范疲劳强度为100 MPa的S-N曲线上方。建议本试验构件疲劳细节的角焊缝疲劳强度取名义应力50 MPa、热点应力100 MPa。     

钛合金激光/氩弧斜焊缝疲劳性能对比研究

针对TC4钛合金激光、氩弧斜角度焊接疲劳性能展幵对比试验研究。对两种斜焊缝试样的疲劳寿命和疲劳断口进行了対比计算与分析。结果表明:氩弧斜焊试件的疲劳寿命相比激光斜焊的分散性小,激光斜焊试件的中值疲劳寿命是氩弧斜焊的1.96倍;激光焊缝比氩弧焊总体面积小,激光斜焊疲劳裂纹起始于热影响区表面,氩弧斜焊疲劳源位于试件内部气孔缺陷处。裂纹扩展初期两种焊缝均有脆性解理特征矿展后期和瞬断区激光斜焊比氩弧斜焊表现出更好的韧性。     

1Cr11Ni2W2MoV焊接接头中温低周疲劳实验研究

对航空用钢1Cr11Ni2W2MoV氩弧焊对接接头板试件进行了422℃静载拉伸和低周疲劳实验.实验结果表明,焊接接头的薄弱部位位于接头热影响区.考虑平均应力的影响,采用三参数法拟合实验结果得到应力-寿命公式.应用该公式采用Miner线性累积损伤理论对某航空发动机承力机匣进行了疲劳损伤评定.     

缺口对转向架用SMA490BW钢疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验;确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明:与光滑试件(K_t=1)相比,缺口试件(K_t=3)疲劳极限应力减小了61%; S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0. 786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

基于CVGM断裂预测模型的梁柱焊接节点的超低周疲劳分析

钢框架梁柱节点在罕遇或极罕遇地震作用下由于地震幅循环次数少而容易发生超低周疲劳断裂,而空穴循环增长模型(CVGM)从初始裂纹与裂纹扩展两阶段评估梁柱焊接节点的超低周疲劳断裂的性能.利用CVGM理论分析超低周疲劳断裂机理与CVGM疲劳模型的参数,然后编写CVGM断裂预测模型的FORTRAN程序,基于该程序计算梁柱焊接节点有限元模型在恒幅与变幅位移荷载作用下的断裂指数FI_c,进而评估不同加载机制下焊接节点的超低周疲劳性能.结果表明,负载下梁柱焊接节点的焊趾与焊接工艺孔处应力高度集中并最先起裂,随着加载的位移幅的增大,FI_c逐渐增大,疲劳循环次数随之降低,表明CVGM模型预测超低周疲劳性能的有效性.     

TC17合金电子束焊接接头高周疲劳失效行为研究

电子束焊接构件广泛应用于航空发动机关键部位,其需要满足长寿命与高可靠性的设计要求.针对TC17合金电子束焊接接头,采用旋转弯曲疲劳试验方法,获得焊接接头的高周疲劳性能,同时利用电子扫描电镜对疲劳断口进行微观观察,探明焊接接头的高周疲劳裂纹萌生和扩展机理.结果表明,TC17合金电子束焊接接头在10~7周次的疲劳强度为450 MPa,约为母材强度的81%,试样失效位置均位于焊缝区;试样表面最大应力与内部气孔缺陷处应力集中形成竞争机制,在10~5～10~7周次内,裂纹萌生于内部气孔,在10~7周次后,裂纹萌生于试件表面;试样断口显示出明显的穿晶断裂区和沿晶断裂区,疲劳寿命随沿晶断裂区的应力强度因子下降而增加;气孔面积及真实应力为影响疲劳寿命的主要因素,气孔处应力强度因子与疲劳寿命呈线性下降关系.     

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.     

缺口对转向架用SMA490BW钢的疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验,确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明：与光滑试件(kt = 1)相比缺口试件(kt = 3),疲劳极限应力减小了61％,S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0.786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展研究

对两种工程材料ＬＹ１２－ＣＺ铝合金和１６Ｍｎ钢的薄板斜拉伸试件进行了裂纹扩展试验研究。提出了用当量裂纹法预测Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展寿命的方法。实验结果表明，当量裂纹法预测复合型裂纹疲劳寿命的方法简单可行。     

钢箱梁U肋角焊缝全熔透焊接技术探究

阐述目前钢桥梁U肋角焊缝生产制造现状,分析桥面板与U肋角焊缝易出现疲劳裂纹的原因。通过调研分析,研究适用于U肋角焊缝全熔透焊接生产的3种可行性焊接方案,对比分析3种焊接方案的优缺点,确定最优化、最高效的焊接工艺方案。     

Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展研究

对两种工程材料ＬＹ１２－ＣＺ铝合金和１６Ｍｎ钢的薄板斜拉伸试件进行了裂纹扩展试验研究，提出了用当量裂纹法预测Ｉ－Ⅱ复合型裂纹亚临界扩展寿命的方法。实验结果表明，当量裂纹法预测复合型裂纹疲劳寿命的方法简单可行。     

高层钢框架支撑结构多尺度风致疲劳分析方法

为了研究高层钢结构风致疲劳性能,提出了一种由整体尺度到局部节点尺度再到局部焊缝尺度的结构多尺度疲劳分析方法.选取某高层钢框架支撑结构为实际工程,模拟了相应的风荷载,通过建立结构的多尺度有限元模型,对模型进行时程分析,确定了结构应力较为集中的梁柱节点,并得到其应力集中的区域.然后,采用热点应力法对裂纹萌生寿命进行评估,并研究了单元类型及网格划分尺寸对结果的影响.结果表明:该结构底层边跨梁柱节点内侧梁上翼缘板的侧下部易产生较大的应力集中而萌生疲劳裂纹;对于焊缝附近的网格划分类型来说,线性单元及网格尺寸4 mm已基本满足精度需要;该工程的疲劳裂纹萌生寿命为335 a.