低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析

为了研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢的跨尺度疲劳失效行为,以约束应力区描述材料的损伤过程,以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹扩展的控制参量,建立宏微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型。采用上述模型,利用光滑试样(应力集中系数Kt=1)的试验S-N曲线,拟合出疲劳模型中的材料参数。当考虑材料微结构对疲劳寿命的影响时,该模型可精确再现出疲劳试验数据的发散特性。利用该模型对不同应力集中系数下(Kt=2,3)含缺口试样的疲劳寿命进行了预测,理论计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,合金钢材料的初始缺陷及微结构的演化特性,对疲劳寿命有显著影响,是疲劳试验数据发散的主要原因。     

TB5钛合金板试件疲劳破坏过程的宏微观跨尺度数值模拟

为了研究TB5钛合金板试件从微观初始缺陷到宏观疲劳断裂全过程中的跨尺度数值模拟问题,以约束应力表征材料的疲劳损伤度,以约束应力区裂纹模型描述材料从微观到宏观的疲劳破坏过程,以应变能密度因子作为宏微观跨尺度疲劳裂纹扩张的控制参量,发展了一种宏微观跨尺度疲劳破坏过程的数值模拟方法。在该模型中,可通过疲劳源处材料初始缺陷大小和3个尺度效应函数来表征材料微观因素对疲劳破坏过程的影响。对TB5钛合金光滑板试件(应力集中系数Kt=1)和含切口板试件(Kt=3)进行了数值模拟计算,结果表明,计算S-N曲线与试验S-N曲线能够精准吻合。通过考虑微观效应,其疲劳寿命试验数据的离散性也可由模型计算结果得以体现。     

宏观面内剪切作用下多尺度裂纹模型的耦合闭合解

裂纹在面内剪切荷载作用下,宏观应力场呈反对称分布,微观应力场将不再具有反对称性,可能是面内拉伸与面内剪切的混合型分布.另外,考虑微观裂纹前还有一个刃型位错区,据此建立起一个多尺度嵌套的裂纹模型,可以描述从原子尺度下的刃型位错区过渡到Ⅰ、Ⅱ复合型微观裂纹,再过渡到Ⅱ型宏观裂纹.材料不同尺度下的损伤,通过约束过渡区相连接,引入尺度变换因子的概念,并利用位移连续性条件与应力场匹配条件,求解出多尺度耦合问题的闭合形式的解.通过数值计算,讨论了材料宏观力学性能对不同尺度下各影响因素的的敏感性.研究结果表明,材料破坏机理非常复杂,与作用荷载、不同尺度下缺陷的几何形状、尺寸及材料性能等因素相关.     

裂纹表面线性分布力作用下I型应力强度因子的解析解

对于I型裂纹,考虑到裂纹表面受线性分布约束应力作用,利用复变函数方法,从两个基本的解析函数出发,推导出应力强度因子(SIF)和裂纹张开位移(COD)的解析解.数值计算了3种形式的应力分布,即右梯形分布(情况I)、均匀分布(情况II)和左梯形分布(情况III).通过对3种形式的应力强度因子和裂纹张开位移进行对比,发现裂纹表面约束应力的分布形式和位置对应力强度因子和裂纹张开位移有很大影响;随着约束应力区远离裂纹中心,应力强度因子减小,而裂纹中心张开位移随之增大.     

斜拉桥结构施工状态下连续小波变换损伤识别方法

以在建的广东李家沙特大斜拉桥为工程背景,选取双悬臂施工状态下的结构为分析对象,利用MI-DAS软件分析获得结构的各阶振动模态,将之作为输入信号导入MATLAB中,进行Gaussian小波变换用于结构损伤识别.对不同位置与程度结构损伤的识别效果进行了讨论,对各阶模态及各类型模态的损伤识别效果进行了比较,并考虑了随机噪声的影响.研究结果表明,曲率模态对结构损伤较为敏感,损伤识别的效果较好.另外,损伤识别效果受一定边界条件的影响.但总的来说,曲率模态的连续小波变换信号能够快速、可靠地识别出施工过程中结构的损伤位置与损伤程度.     

含缺口金属构件的中高周疲劳寿命预测

根据弹性损伤的一般理论,建立了含缺口金属构件疲劳问题的守恒积分,证明了损伤过程中应力集中局部区域内应变能密度的近似守恒性,据此导出了预测金属构件中高周疲劳寿命的计算公式.算例分析表明,本方法具有较高的精度,好于经典连续损伤理论的结果,具有工程应用价值.     

材料损伤的约束应力区裂纹模型与求解

以约束应力描述材料的损伤程度,约束应力的大小和分布取决于材料的损伤状态,建立了描述材料破坏过程的约束应力区裂纹模型。考虑约束应力为线性分布,在远场均匀拉应力作用下,采用Muskhelishivili方法对I型约束应力区裂纹模型进行求解,得到了应力强度因子与裂纹张开位移的解析解。并通过数值计算研究了各因素对应力强度因子与裂纹张开位移的影响。     

连续刚构桥的Pushover分析与应用

采用Pushover分析方法对某连续刚构桥梁进行地震响应分析,分别建立考虑桩土作用与不计桩土作用的计算模型,进行Pushover分析和性能评价,将得到的结果进行对比分析.研究结果表明对桥梁结构进行Pushover分析时,考虑桩土作用对结构的能力曲线和目标位移影响较大,不可忽视.同时,对塑性铰出现在隐蔽部分的问题,提出了解决的方法,并进行了验证,获得了满意的结果.算例分析结果可为同类桥梁抗震设计提供参考.     

多跨矮塔斜拉桥合龙工艺对结构成桥状态的影响

以广东省江肇高速公路西江特大桥（五跨矮塔斜拉桥）为背景,采用BDCMS有限元软件建立平面梁单元模型;以塔顶偏位及墩顶应力为控制目标,确定了次中跨、中跨的合拢顶推力;又以合拢口两端挠度为控制目标,推导了不平衡配重;进而分析比较不同顶推力作用下成桥后结构受力状态和位移,由此获得最优的合拢方案.     

基于曲率模态和神经网络的分步损伤识别法及其在桥梁结构中的应用

神经网络用于损伤识别遇到的最大问题就是训练样本数量的组合爆炸问题,单纯用神经网络进行损伤诊断有很大困难．提出了一种两步识别法来进行损伤诊断,即先采用结构的曲率模态,定义一个新的损伤指标,判断损伤位置,再利用BP神经网络精确识别损伤程度;运用两步识别法对一座混凝土连续刚构桥进行了损伤位置与损伤程度的识别．识别结果表明,对于2个单元和3个单元损伤的情况,分别只需16个和64个损伤样本就能取得满意的识别结果,大大减少了单纯利用神经网络进行损伤识别所需的损伤样本．