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.     

服役海底管道钢疲劳可靠性试验与海底管道寿命预测

针对波浪力下海底管道悬空段的疲劳寿命问题,从某服役X60钢海底管道悬空段上取样进行拉-拉成组多级疲劳试验,获得服役X60钢海底管道试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其概率统计分布,利用参数假设检验法确定X60钢管道试件的疲劳寿命分布特征,由此外推出不同存活率下的疲劳对数寿命与等效循环应力之间的线性关系式.通过引入"疲劳极限复合修正系数"和"等价非对称循环度系数"对X60钢试件的P-S-N曲线进行修正,得出X60钢海底管道悬空段的疲劳寿命预测公式.结合试验结果分析表明:X60钢海底管道试件的疲劳寿命服从对数正态分布;疲劳对数寿命与等效循环应力之间近似为线性关系;海底管道疲劳寿命预测公式计算结果与试验数据吻合良好.     

预腐蚀桥梁缆索高强钢丝疲劳试验

为了研究桥梁缆索高强钢丝腐蚀后的疲劳性能,采用酸性盐雾试验制作了6种不同腐蚀程度的钢丝试件共30根,并对这些试件进行了单轴拉伸疲劳试验.分析了腐蚀程度、应力水平对高强钢丝的影响,研究了预腐蚀桥梁缆索高强钢丝的疲劳性能退化规律.试验结果表明:腐蚀使得钢丝的疲劳寿命显著降低,腐蚀下的高强钢丝应力-疲劳寿命曲线仍呈双直线形式,在相同应力幅下,钢丝疲劳寿命对数值随质量损失率线性降低.通过试验数据建立了预腐蚀桥梁缆索高强钢丝的疲劳曲面方程,并给出了不同保证率以及失重率下的钢丝疲劳强度建议值.     

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋概率S-N曲线研究

为研究桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的疲劳特性,对HRB500钢筋标准试件进行对称循环荷载下轴向拉压疲劳试验,得到不同应力水平下HRB500钢筋标准试件的疲劳寿命及其累积失效概率.在此基础上,以相关系数p和Theil不等系数u作为估计精度评价指标,对3种常用的三参数威布尔分布参数估计方法进行对比研究,并用精度最高的灰色预测法对HRB500钢筋标准试件疲劳寿命的威布尔分布参数进行估计,得到不同应力水平下HRB500钢筋疲劳寿命分布函数.最后,基于Kohout-Vêchet方程,建立全应力水平范围内可靠指标为4.2的HRB500钢筋概率S-N曲线.本文的研究成果可为服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据.     

车轮轮辐钢S500LF的疲劳性能

采用PX-100高频疲劳试验机,采用升降法在振动频率为100~120Hz、拉-压对称应力的条件下测定车轮轮辐钢S500LF的疲劳极限,并用数理统计方法分析确认疲劳极限为291MPa.此值作为母体50%存活率下的疲劳极限估计量时,以95%的置信度,相对误差不超过±5%.在测定的疲劳极限基础上,采用多试样法测得不同应力水平下的疲劳寿命,据此绘制出应力-寿命关系曲线,通过回归得到应力-寿命曲线方程.对试样断口进行了理论分析,结果表明试验钢韧性良好.     

Q235B焊接接头超高周疲劳性能

用超声疲劳试验装置对Q235B母材及焊接接头试件进行超声疲劳试验,研究其在超高周疲劳寿命区间的疲劳性能.加载频率为20 kHz,应力比R=-1.采用国际焊接学会制定的统计方法处理试验数据.试验结果表明,在107～109循环周次内,Q235B母材和焊接接头仍然发生断裂,其S-N曲线都是连续下降的;传统疲劳概念上的疲劳极限并不存在.研究结果表明,使用5×106循环周次下的疲劳数据去设计超高周疲劳寿命的焊接结构是很危险的.     

高强度钢焊接接头疲劳强度

采用单点试验法和小样子升降法相结合的试验方法,在应力比r=0.12下,对高强度钢的两种焊接接头进行了拉拉疲劳强度试验。并对焊接接头型式对疲劳寿命的影响进行了数理统计分析。试验结果和分析表明:对接接头的疲劳极限σ0.12为230MPa;角接接头的疲劳极限σ0.12为130MPa;同时得到了两种接头型式的S N曲线和P S N曲线方程。在应力水平250MPa、置信度95%条件下,对接接头的中值疲劳寿命是角接接头中值疲劳寿命的6～8倍。     

局部应力应变法的试验研究

概述了局部应力应变法的原理和现有的各种理论,试验测定了40CrNiMoA材料的循环应力应变曲线、应变寿命曲线,并做了随机载荷作用下缺口试件的疲劳试验.用上述各种理论估算了缺口试件的疲劳寿命,并与试验结果作了比较分析。     

铁素体钢材韧脆转变温度数值分析

为确定铁素体钢材韧脆转变温度,基于夏比冲击试验对铁素体钢材的典型材料(低合金高强钢材Q345B)在韧脆转变区冲击吸收功的分布规律进行了研究.通过不同的断裂韧性求解方法(经验公式法和主曲线法)研究了Q345B钢参考温度T0的计算方法,最终得到基于经验公式及主曲线法的Q345B钢材断裂韧性随温度变化的曲线,并通过ABAQU...     

考虑应力梯度的多轴缺口件疲劳寿命预测方法

以缺口附近疲劳损伤影响区的场强为损伤参量,结合Manson-Coffin方程提出一种多轴比例加载下缺口件疲劳寿命预估方法.首先,借助坐标变换矩阵定义应变能密度最大的平面为临界面,克服了传统能量法作为标量难以描述裂纹萌生和扩展方向的不足.其次,利用有限元软件分析临界面上等效应力分布规律,拟合距离危险点5 mm内等效应力分布函数,通过求相对应力梯度函数的驻点确定疲劳损伤影响区的大小,以疲劳损伤影响区的场强作为疲劳损伤参量对Q345钢多轴缺口件进行寿命预估.最后,将利用该方法、局部应力应变法的预估寿命与试验寿命进行对比,结果表明:两种方法预估寿命的误差都在2倍因子以内,但由于该方法考虑了应力梯度效应,预估精度要优于局部应力应变法.     

铁路旧钢桥材质的疲劳性能研究

实验研究了铁路旧钢桥材质的疲劳性能。利用带原状铆钉孔的试样测定了疲劳寿命,并对实验结果进行了分析拟合,疲劳寿命的实验结果可以表示为名义应力（净断面平均应力）范围ΔS的幂函数,也可以更好地表示为当量应力幅的幂函数。表明旧桥梁钢仍有相当长的疲劳裂纹起始寿命。由于疲劳裂纹起始寿命在旧桥梁钢的疲劳寿命中占主要部分,故用文献中的疲劳裂纹起始寿命公式,近似地拟合旧桥梁钢的疲劳寿命实验结果,可以更好地表示为当量应力幅的函数,并表明疲劳门槛值的存在。并对旧桥梁钢的疲劳裂纹扩展性能及其表达式进行了实验研究。为精确评估疲劳寿命和疲劳可靠性提供了依据。     

带圆孔的薄壁管多轴向低周疲劳性能的判据

在40Cr钢制成的带圆孔的薄壁管上进行拉—扭双向的低周疲劳试验,并用弹塑性有限元方法分析试件圆孔区域应力和应变分布。通过对以前的多轴向疲劳准则的分析研究,根据薄壁管拉—扭双向疲劳的试验和理论分析的结果,提出了一个新的多轴向应力疲劳的判据。它可以比较好地预测疲劳起裂寿命和裂纹位置。     

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.     

A131钢焊接接头安全疲劳寿命的实验研究

低温环境下焊接接头的安全疲劳寿命,是冬季海洋平台构件抗疲劳设计与可靠性评定的基础。利用概率统计的方法,得出了在小样本实验条件下,当疲劳寿命服从对数正态分布时安全寿命与中值实验寿命之间的关系。在PLG-300 kN高频疲劳试验机上,测定了在-25℃环境下海洋用钢(A131)焊接接头试样在5种不同应力水平下的疲劳寿命,并得出了其中值S-N曲线。利用对数疲劳寿命标准差的经验取值,得出了焊接接头对应一定置信度下不同安全概率的低温疲劳寿命表达式。结果表明,利用此关系式可以大大减少实验的样本数目。从低温疲劳实验的相关系数可以看出,用线性拟合来回归中值S-N曲线是成功的,而且根据不同的安全概率,可以计算出不同的安全疲劳寿命。     

销铰连接M36高强螺栓常幅疲劳性能试验

在循环荷载作用下,大跨度钢结构销铰连接高强螺栓可能发生疲劳失效.为研究其疲劳性能,针对材质35CrMoA的12.9级高强螺栓进行9组常幅疲劳试验,拟合得到应力-循环次数曲线(S-N曲线),数值模拟获得其应力分布规律及应力集中系数,并通过试件断口形貌揭示其疲劳破坏机理.结果表明:螺栓承压面第一节螺纹齿根及耳板对试件的挤压处应力集中较严重,理论应力集中系数为4.409;螺栓的疲劳破坏绝大部分起始于模拟所得试件的应力突变位置,断口疲劳破坏特征明显;所得S-N曲线可以反映不同应力幅下销铰连接高强螺栓的疲劳寿命,分别建立了以名义应力幅和缺口应力幅为变量的常幅疲劳计算公式;对比试验结果与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)规定的疲劳建议值,2×106次循环对应的名义应力幅与缺口应力幅分别为标准中构件类别Z11建议值的84.78％和373.8％,为构件类别J2建议值的42.39％和186.9％.     

三参数威布尔分布置信限的确定和C—R—S—N曲线的拟合

论述了利用三参数威尔分布描述机械零件疲劳寿命，并在一定置信度下求Ｒ－Ｓ－Ｎ曲线的方法，即根据试验所得的应力－寿命样本，运用优化方法对三参数威尔分布参数进行估计；并在一定置信度下，求出不同可靠度的疲劳寿命，进而拟合出Ｃ－Ｒ－Ｓ－Ｎ曲线，求出相应的疲劳极限应力值。     

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。     

三参数威布尔分布置信限的确定和C─R─S─N曲线的拟合

论述了利用三参数威布尔分布描述机械零件疲劳寿命，并在一定置信度下求Ｒ─Ｓ─Ｎ曲线的方法。即根据试验所得的应力─寿命样本，运用优化方法对三多数威布尔分布参数进行估计；并在一定置信度下，求出不同可靠度的疲劳寿命，进而拟合出Ｃ─Ｒ─Ｓ─Ｎ曲线，求出相应的疲劳极限应力值。     

考虑应力集中的吊车梁多轴疲劳寿命预测

钢结构吊车梁在工业建筑中被广泛应用,应力集中的存在导致几何不连续位置在复杂应力下服役.借助有限元法分析吊车梁应力-应变状态,确定危险点位置,并提取应力、应变分量;以应变能密度作为损伤参量并以最大平面为临界面,基于能量准则建立临界面位置数值计算方法,结合有限元结果给出吊车梁临界面位置;考虑吊车梁在非对称载荷下服役,借助Goodman方程进行平均应力修正,并结合Q355D钢近似S-N曲线计算疲劳寿命.该方法考虑了应力集中处多轴应力对疲劳损伤的影响,可以为复杂应力下几何不连续钢构件的疲劳寿命评估提供新方法.     

PVDF应力传感器的设计、标定及其在混凝土冲击试验中的应用

利用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对PVDF应力传感器进行了压电系数的动态标定,标定值为27.21 PC/N.在落锤冲击试验机上完成了预埋PVDF应力传感器的混凝土圆柱体试件的轴向冲击试验,并利用PVDF应力传感器信号和试件轴向压缩曲线得到了混凝土在冲击加载条件下的动态应力应变曲线.由于混凝土试件在冲击加载过程中应力分布不均匀,预埋在试件中心的PVDF应力传感器测试的应力结果比用锤头冲击力计算出来的试件平均应力稍大.