钢箱梁疲劳裂纹钻孔止裂修复的影响因素

考虑了钢箱梁疲劳裂纹止裂孔的孔径、位置、角度等参数,建立了线弹性有限元实体模型,得到钢箱梁疲劳裂纹钻孔孔边及沿孔边厚度方向的应力变化,对比了不同参数下钻孔止裂的效果,给出了钻孔止裂修复的影响因素.依据不同打孔参数下孔边应力降低程度,建立了止裂孔参数影响因素的比重关系.研究结果表明:过于增大止裂孔的孔径对止裂效果的提高并不明显;孔边的表面应力比孔内的应力大25%左右,裂纹更容易在表面萌生.分析结果表明:止裂孔的打孔位置应在裂纹边缘中心,并且止裂孔存在偏心或一定角度时,能够改善孔边应力的分布,进一步降低孔边应力的集中,具有更好的止裂效果.     

考虑附加孔效应的带止裂孔裂纹钢板补强效果

为进一步提升止裂孔的止裂效果,研究了附加孔及补强钢板组合作用下的钻孔止裂性能。通过建立带裂纹的1/4钻孔止裂模型,对比了不同附加孔角度、附加孔间距对止裂孔边应力分布的影响。在此基础上,分析了在附加孔的基础上粘贴补强钢板的可行性,并进一步研究了不同补强钢板布置形式、不同补强钢板厚度对钻孔止裂效果的影响。研究结果表明,附加孔角度为90°时对钻孔止裂效果的提升作用最明显。随着附加孔间距的降低,止裂孔边应力极值逐渐减小,但会逐渐产生新的应力集中区域。在附加孔的基础上粘贴补强钢板时宜确保补强钢板边缘与止裂孔、附加孔相切,且补强钢板的厚度宜为待补强钢板厚度的一半。     

钢结构疲劳裂纹合理止裂孔形状研究

为了提高钢结构疲劳裂纹的钻孔止裂效果,研究了不同止裂孔形状的止裂性能。通过建立二维平面有限元模型,对比分析了不同孔形下的孔边应力分布及应力集中效应,提出了一种结合直线与圆曲线的腰圆形止裂孔(近跑道形状),并分析了其打孔参数对止裂效果的影响,得到了腰圆孔打孔参数设计方法。结果表明,增大腰圆形止裂孔的面积、减小圆弧半径能够进一步降低孔边应力集中,同时采用缓和曲线对该止裂孔的曲率突变位置进行过渡,能够改善止裂孔的受力性能,降低其应力突变,止裂效果更好。     

钢桥面板疲劳裂纹钻孔止裂分析及实验验证

对紧凑拉伸试样进行有限元分析,考察止裂孔边缘的应力分布情况,对比不同状况下裂纹尖端的力学特性,研究了孔径及附加孔对止裂效果的影响.结合钢桥面板局部模型实验,对开裂试件打孔止裂后进行疲劳实验,通过比较不同试件的疲劳寿命,对有限元分析结果进行了验证.分析和实验结果表明,经过止裂孔钻孔处理后,应力集中点位于试样预制裂纹直线延伸方向与止裂孔孔边缘相交处,相对于未打孔,裂纹尖端应力显著下降.裂纹尖端打孔止裂,能够提高构件疲劳寿命,且孔径越大,止裂效果越明显,孔径8mm以后,增大孔径所产生的止裂效果逐渐降低.不同孔径钻孔处理的疲劳试件,各阶段裂纹再次扩展速率相当,属于裂纹中速率扩展区,附加孔并没有影响裂纹扩展速率,但使疲劳寿命显著地提高.     

钢桥面板顶板角焊缝疲劳裂纹钻孔孔位分析

结合钢箱梁局部模型试件,针对顶板角焊缝处表面裂纹进行钻孔止裂,进行止裂孔孔周应力计算,分析了不同孔位对止裂效果的影响并提出了合理止裂孔位,最后结合实际工程中止裂孔孔径应用情况,研究了合理止裂孔位与孔径的关系。分析结果表明,止裂孔没有改变构件整体应力变化趋势,孔边存在很大的应力降,但有应力台阶现象;孔位在0.5D(D为孔径尺寸)更远后,裂尖与孔边之间出现高应力、大应力降连接段,合理止裂孔位为0.5D,孔径大小对合理孔位与孔径的系数没有影响;止裂孔在裂纹尖端外情形下,孔径较小时,最大应力点还在裂纹尖端,孔径较大时,最大应力点在裂纹侧孔边,且离裂纹尖端越远,孔两侧最大应力差越小。     

地震作用下岩石裂纹扩展角度研究

为研究地震作用下岩石动态开裂的复杂问题,基于最大周向应力准则,考虑非奇异应力三分量及地震作用,推导出了适用于地震作用下的裂纹扩展角度判据;采用霍普金森拉杆试验结果对修正裂纹扩展角度判据可靠性进行验证,针对验证过程中样本数较少的情况,基于贝叶斯理论,开发了岩石领域小样本问题后验分布估计程序,并采用该程序进一步验证修正裂纹扩展角度判据的可靠性。结果表明：在霍普金森拉杆试验中,MCTS试样可以通过施加位移约束,实现可控模式复合比的复合型加载;最大周向应力判据、修正最大周向应力判据对霍普金森拉杆试验中的MCTS试样裂纹扩展角度预测值平均误差分别为1.6°、1.37°;以试验值、最大周向应力判据预测值、修正最大周向应力判据预测值为基础数据运行Gibbs算法分别进行十万次迭代,求得这三种情况下的裂纹扩展角度均值分别为50.64°、48.96°、49.45°,修正最大周向应力判据与最大周向应力判据相比,其预测误差由3.32%降低到了2.35%,表明其在地震作用下具有良好的适用性。研究对地震作用下的边坡危岩减抗震设计及其风险控制具有重要意义。     

低渗油藏径向水力射流压裂裂缝延伸规律

基于扩展有限元法基本理论,建立水力径向射流压裂裂缝延伸三维有限元模型,结合岩石的抗拉破坏准则,研究径向钻孔参数包括钻孔孔径、钻孔方位角及钻孔深度对地层破裂压力的影响。结果表明:随着孔眼直径的增加,起裂压力呈明显的线性降低趋势;地层破裂压力随着射孔方位角的增加而增大,40°为获得地层低破裂压力所允许的临界射孔方位角,优化钻孔与最大水平地应力的最佳夹角不超过40°;不同射孔角度下压裂裂缝扩展规律亦不同。     

不同参数组合下纵肋顶板焊趾处裂纹扩展变化规律分析

疲劳荷载作用下,正交异性钢桥面板纵肋顶板焊趾处易产生疲劳裂纹.通过寻找焊趾处裂纹变化规律,可以预测裂纹扩展情况,不同结构参数组合下焊趾处裂纹变化规律会存在一定差异.文章通过建立纵肋顶板焊接细节的试件有限元模型,提取焊趾处裂纹扩展长度和裂纹扩展深度,分析应力幅大小、熔透率和顶板厚度等参数对焊趾处裂纹变化规律的影响.结果表...     

横观各向同性岩石亚临界裂纹扩展实验研究

在MTS Insight电子拉力试验机上采用常位移松弛法,对具横观各向同性的板岩开展亚临界裂纹扩展试验研究,获得应力强度因子KI与裂纹扩展速率v的关系及I型断裂韧度KIC,揭示不同节理倾角α下裂纹亚临界扩展规律。研究结果表明:各个节理倾角下的lgK_I-lgv具有很好的线性规律;当节理倾角为0°~45°时,回归参数a随倾角的增大而增大,回归参数b随倾角的增大而减小;当节理倾角为45°~90°时,回归参数a随倾角的增大而减小,回归参数b随倾角的增大而增大,亚临界裂纹扩展参数A和n分别与回归参数a和b变化规律相同;断裂韧度KIC以及松弛最大荷载P_(max)均符合"U"型抛物线分布,当节理倾角为0°~45°时,两者随倾角的增加而减小,当节理倾角为45°~90°时,两者随倾角的增加而增大,同时,两者均在节理倾角为0°时取得最大值,在节理倾角为45°时取得最小值。     

金家渠煤矿工作面顶板富水性分析及疏放水对策

金家渠煤矿110301工作面水文地质条件复杂,顶板富水性强,严重影响工作面安全回采。为准确分析工作面顶板富水性区域,采用瞬变电磁探测技术探明工作面横向范围与纵向顶板上方80 m范围岩层富水性,圈定了富水异常区段及等级。对工作面范围内钻场、钻孔数量、钻孔深度、角度等参数优化,确定工作面切眼300 m附近钻场间距100 m,设计2个钻场共计5个钻孔,其他区域钻场间距200 m,每个钻场布置2~4个钻孔,每个钻场设置一个平行于巷道的钻孔,一个垂直于巷道的钻孔,另外的两个钻孔与巷道成60°夹角,钻孔倾角15°~55°。通过涌水量观测累计疏放水36.2万m~3,单孔最大涌水量154 m~3/h,半衰期约20天;后稳定在76 m~3/h,有效降低顶板含水层涌水量、水位与水压,保证工作面安全回采。     

钢桥疲劳裂纹钻孔止裂技术多孔布置方法研究

文章考虑双孔和附加孔2种多止裂孔布置,对开裂模型进行线弹性有限元分析,通过对比不同布置下模型的应力集中系数,研究多孔布置对于钻孔止裂法的影响。结果表明:双孔布置对应力集中的降低作用不如单止裂孔,但它会对疲劳裂纹的开展起到持续的抑制作用,在不能精确定位裂纹尖端时可以作为一种有效的备用方法;合理布置附加孔的直径与位置可以加强止裂孔的止裂修复效果,附加孔直径越大,与裂纹线间的垂直距离越小,效果越好;附加孔的最佳位置位于止裂孔前方,距离为止裂孔直径的1/4。     

高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能

为了分析高强螺栓止裂法的止裂效果,首先基于带裂纹钢板的有限元模型探究孔径和螺栓预紧力参数对修复后钢板的应力分布和止裂机理的影响.随后对修复后的预裂钢板进行3组对比疲劳试验,评价了不同修复方法下的结构疲劳寿命,并与各国规范相关S—N曲线进行比较.分析和试验结果表明:采用止裂孔法和高强螺栓止裂法均能延长损伤钢板的疲劳寿命,...     

偏心切口对棒料裂纹起裂和扩展的影响

为促进棒料裂纹的起裂和缩短裂纹的扩展时间,提出将偏心切口应用于低应力下料技术中。运用有限元分析和ZHENG-HIRT疲劳裂纹扩展速率公式,探讨偏心切口对棒料V型槽应力集中效应和疲劳裂纹扩展时间的影响。研究结果表明:在起裂阶段,偏心切口尖端一周各点的应力集中效应分布不均匀,在偏心切口最深处应力集中效应显著增强,为此处的局部起裂创造了更有利条件;在裂纹扩展阶段,名义切口偏心距e/b在0～0.12范围内,随着e/b增大,疲劳裂纹扩展时间显著下降,但e/b0.12后,疲劳裂纹扩展时间变化趋势趋于平缓,综合考虑下料时间和偏心切口加工,选取e/b=0.12为最佳值,下料时间随切口偏心距的变化趋势与理论上得到的疲劳裂纹扩展时间随切口偏心距的变化趋势一致。从断面质量而言,并不是e/b越大越好,但从总体看,有偏心切口时的断面质量比没有偏心切口的断面质量好。     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近存在塑性屈服区.将裂隙岩体单元与锚索单元的节点完全重合,应用等效应变与降温法施加锚索单元的预应力,裂纹采用八节点等参单元退化后的奇异单元进行模拟,从应变角度出发,应用塑性区最短距离判据得到了不同锚固条件下含两条不同倾角共线裂纹的裂纹尖端附近的最短塑性区距离、裂纹的扩展方向、裂纹扩展后岩桥之间的有效距离等,并分析了裂隙岩体的锚固止裂机制.结果表明,预应力锚索加固对裂隙岩体的压缩效应远大于剪切效应.锚固条件下倾角为30°～60°的裂纹扩展后岩桥之间有效距离增大,锚固条件越好,裂纹尖端塑性区的最短距离越小,预应力锚索的加固止裂效果越明显.锚固附加应力场使得0°、90°裂纹附近岩体的正应力或侧向应力得到增加,锚固条件越好,裂纹尖端的塑性区最短距离越大,在进行锚固设计时,应合理布置锚固角.     

动态裂纹迅速扩展的数值分析

本文运用有限元法对双悬臂梁(DCB)试件动态裂纹迅速扩展进行了分析,指出当采用线性位移场的单元时,线性释放节点约束力是合理的。实例计算表明:动态裂纹尖端应力强度因子计算值与实验值能较好地符合,同时对文中提出的两参数——动态裂纹尖端张开角及材料止裂时的裂纹尖端张开角——的计算结果表明:它们与动态裂纹尖端应力强度因子 K_(1D)及材料止裂韧性 K_(1A)等价。建议在动态裂纹迅速扩展及止裂分析中也可采用此参数。     

偏心拉伸铆孔双耳裂纹的应力强度因子计算分析

铆孔带裂纹工作因制作误差、塑性变形等受到偏心拉伸作用的影响,为得到偏心拉伸作用下铆孔双耳裂纹尖端的应力强度因子,通过线弹性力学基本理论对铆孔受力进行分析,并应用叠加原理对铆孔偏心受力类型进行分解,利用复应力函数得到偏心拉伸作用状态下双耳裂纹尖端应力强度因子的表达式,并将其与中心受载状态下的解比较分析,得到偏心受力情况下近偏心端裂纹尖端应力强度因子较大,当偏心转角?(28)45?时,应力强度因子最大,对于远离偏心端裂纹尖端应力强度因子则变小,对控制裂纹扩展有利,可以忽略.     

考虑温度非均匀性的沥青路面温度应力分析

为了合理评价温度对沥青路面结构的影响,考虑沥青路面温度沿深度方向的非均匀性分布和温度对沥青混凝土模量的影响,利用有限元法计算分析了不同面层初始裂缝深度和不同气温下的路面结构温度应力与应力强度因子变化情况。结果表明:面层表面开裂后,裂缝处的温度应力显著减小,面层底面的温度应力有所增大;裂缝初始深度越大,日平均温度越低,温差越大,面层底面的温度应力越大,裂缝处的应力强度因子也越大。在青藏公路沿线平均气温低、日温差大的条件下,一旦面层表面开裂,沥青路面结构将产生较大温度应力,导致裂缝快速向下扩展。     

止裂孔维修对中心裂纹板疲劳寿命的影响分析

以铝合金2024-T3的中心裂纹板为研究对象,根据结构细节疲劳额定值(DFR)法计算了不同裂纹长度及不同止裂孔尺寸下结构的疲劳寿命;并通过试验得到半裂纹长度分别为10 mm、15 mm和20 mm,止裂孔半径为2.5 mm和3.5 mm下的结构试验寿命,对比结果验证了该模型及对应方法的可行性;随后对裂纹长度/板宽(2a/W)在0.2~0.6、止裂孔直径/板宽(D/W)0.03~0.20范围内的疲劳寿命进行了预估。根据分析结果得到了止裂孔效果最佳时D/W与2a/W的线性关系式,为工程维修提供技术参考。     

钢桥面板顶板与U肋焊缝裂纹类型及扩展特征

为研究顶板与U肋焊缝各类型疲劳裂纹萌生及扩展特征,利用ABAQUS有限元软件建立钢桥面板节段模型,根据最大主应力及其方向分布,分析了不同轮载下的裂纹萌生位置和开裂趋势.结合顶板、U肋的受力与变形特征,利用FRANC2D二维断裂分析软件建立该疲劳细节开裂模型,通过分析扩展路径和应力强度因子,明确顶板与U肋各类型裂纹的受力...     

考虑层理、加载速率与尺寸效应的页岩裂纹扩展机理试验

分析裂纹扩展演化机理是认识井壁坍塌失稳的关键,尤其是层理和脆性特征显著的页岩地层,伴有节理与微裂隙发育,研究其裂纹扩展演化机制对于确定钻井导向、钻速及井眼尺寸更显重要。为此利用材料试验机开展了考虑层理倾角、加载速率与试件尺寸的页岩裂纹扩展演化试验研究。结果表明页岩层理平行于载荷时,裂纹沿层理呈张性破坏。层理倾角由0°~30°时,裂纹扩展形态由张性破坏向剪切破坏转变;当层理与轴向应力呈30°倾角时,剪切破坏最为明显,裂纹的平均扩展速率最大,且抗压强度最小;层理倾角由30°~90°时,裂纹由剪切破坏;逐渐转向张性破坏,当层理与轴向载荷垂直时,试件裂纹切割层理片层发生张性破坏。随加载率的增加,页岩峰值应力增大,裂纹长度逐渐减小,但加载速率越小,破坏后的页岩越为碎裂;在侧向尺寸不变的条件下,试件高度越大,越呈现张性破坏,主裂纹越长,且破碎后的页岩越呈现片状。