腐蚀损伤对Q345钢材力学性能的影响

根据重庆地区年降雨时间及其分布特点,结合经典概率理论及统计知识建立降雨概率分布模型,基于此模型,结合钢材腐蚀特征建立环境腐蚀损伤试验模型;然后,根据重庆酸雨成分及其含量配置高浓度模拟酸雨溶液,对5组共计19个Q345钢材材性试件进行不同时间的"间浸"式腐蚀损伤试验,观察分析试件在腐蚀环境中的破坏形态;最后,对各组腐蚀试件开展拉拔试验,由腐蚀试件屈服强度、极限抗拉强度、弹性模量以及伸长率等材料力学性能参数的变化情况,分析Q345钢材力学性能参数随腐蚀损伤的退化规律。结果表明:Q345钢材屈服强度和极限抗拉强度等承载力参数随腐蚀损伤增加而退化,加速腐蚀84 h后分别退化了10.67%和8.83%,部分试件甚至出现屈服平台消失;与承载力参数相比,弹性模量、截面收缩率、伸长率等衡量构件变形能力的参数退化最为显著,退化率约20%。     

考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.     

Q420大规格双角钢十字组合截面构件受力性能

大规格双拼组合角钢构件相对于普通规格多角钢组合截面构件,以承载力高、施工简便和耗能少等优点,逐步在工程实践中的得到了推广。本文以Q420大规格双角钢十字组合截面构件为对象,构建了大规格双角钢十字组合截面构件的有限元模型,采用控制变量法,探讨了填板厚度、角钢壁厚、长细比、填板间距对大规格双拼组合角钢构件承载能力的影响规律;基于不同参数的计算结果,拟合了含有填板间距和长细比的填板设计公式,进而计算了大规格双角钢十字组合截面构件的承载力稳定系数,并将计算结果与国内外现行规范中的双拼角钢组合截面的柱子曲线进行了对比。研究结果表明：现行规范对Q420大规格双角钢十字组合截面构件承载能力的计算偏保守。     

随机点蚀对Q460等边角钢抗拉性能的影响

为了揭示点蚀损伤对构件破坏模式和极限承载力的影响机理,完善腐蚀角钢构件的力学性能评估体系,基于腐蚀试验数据和数值模拟,提出针对随机点蚀角钢构件的有限元模型构建方法,研究腐蚀损伤体积、蚀坑尺寸和蚀坑分布位置对Q460点蚀等边角钢构件极限抗拉承载力的影响,并根据其极限抗拉承载力劣化规律,采用非线性回归的方式拟合了点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式.结果表明,随机点蚀角钢的极限抗拉承载力退化整体上与腐蚀损伤体积呈正相关,蚀坑半径和蚀坑分布位置对承载力的影响较小,但蚀坑深度和蚀坑分布范围的影响不容忽视,拟合的点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式较刚度折减法和厚度折减法误差更小,准确度较高,可见其适用于点蚀角钢构件极限抗拉承载力的计算,可以应用到实际工程分析中.     

吊杆退化钢丝损伤模型及双折线近似计算

提出了新的钢丝损伤模型及双折线近似计算方法.根据退化钢丝单调拉伸试验数据和有限元模拟结果,以钢丝荷载—位移包络图,建立了包含强度、刚度、延性折减及反映环境腐蚀和加载历程等影响因素的损伤模型.结合精确积分及S.M.Elachachi本构方程损伤计算结果,给出了新的双折线近似计算方法.依据吊杆截面内钢丝锈蚀分布规律,确立吊杆损伤因子,并进行了模型验证和参数分析.结果表明,钢丝损伤后,力学性能退化较明显;所建立的吊杆损伤因子,反映了各力学性能的退化,较合理.     

重复加载下抗剪连接件的力学性能试验

通过3组12个抗剪连接试件的单调加载和重复加载推出试验,研究角钢连接件、槽钢连接件和T-PBL连接件的极限承载能力、荷载-位移关系、延性、初始刚度、刚度退化及耗能能力等力学性能.试验结果表明:槽钢连接件的极限承载能力和初始刚度都要优于其他两种连接件;重复荷载下的各试件初始刚度与单调荷载情况相差不大;随着加载循环次数的增加,试件刚度不断减小,槽钢连接件刚度退化比较慢,角钢连接件次之,T-PBL连接件刚度退化最快; T-PBL连接件耗能能力最好,角钢连接件耗能能力最差,且同级荷载下,随着循环次数的增加,试件耗能能力逐渐降低.     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

管道表面蚀坑-裂纹的应力强度因子分析

针对在役的海底管道遭受腐蚀疲劳损伤时其管道表面出现点蚀坑问题,应力强度因子成为衡量蚀坑向裂纹转变的临界条件之一.断裂力学的腐蚀疲劳寿命分析的基础是腐蚀疲劳裂纹扩展,裂纹的不稳定扩展又由应力强度因子来判别.因此,在腐蚀疲劳破坏中,将点蚀坑和应力强度因子结合起来研究变得尤为重要.基于应力集中是导致裂纹萌生的主导因素,建立了双参数蚀坑模型,合理地解释了腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的现象.在管道内流体压力的作用下,管道外表面轴向I型裂纹在环向应力的作用下成为最为危险的一种裂纹型式.基于线弹性断裂力学,利用ABAQUS软件,在管道内压作用下,采用二维模型,对管道表面的轴向I型蚀坑+裂纹的应力强度因子展开了分析.结果显示,蚀坑对裂纹应力强度因子的取值产生明显影响,可显著降低裂纹扩展的门槛值.进一步采用三维模型,利用扩展有限元法,对影响轴向I型蚀坑-裂纹应力强度因子的蚀坑参数开展了敏感性分析.结果显示,蚀坑参数的不同,对蚀坑-裂纹应力强度因子、裂纹形状因子的影响趋势各异.随着蚀坑参数深径比?、深度d的增大,蚀坑-裂纹应力强度因子的取值也逐渐变大;蚀坑参数深径比?、深度d对形状因子F取值的影响存在一定的区间效应.     

深水测试管柱-隔水管耦合涡激疲劳分析

在深水钻完井测试作业过程中,由于海流作用隔水管易发生涡激振动引起疲劳损伤,由隔水管涡激振动引起测试管柱疲劳损伤问题不容忽略。针对深水高压气井测试作业特点,考虑测试管柱和隔水管之间相互作用,建立测试管柱-隔水管耦合涡激振动模型,提出测试管柱-隔水管涡激疲劳分析方法。结合南海某深水高压气井,研究测试管柱-隔水管耦合系统涡激振动机理、疲劳损伤规律及影响因素。研究结果表明:测试管柱-隔水管耦合系统高流速下更易于发生多模态涡激振动,疲劳损伤沿水深方向呈现波动变化,顶部和下挠性接头附近疲劳损伤最为严重,其中测试管柱疲劳损伤约为0.2~0.25倍隔水管疲劳损伤,适当增大隔水管顶张力和测试管柱提升力可有效改善测试管柱-隔水管耦合系统涡激疲劳性能。     

Q345R疲劳裂纹扩展过程的声发射研究

为了建立疲劳过程与声发射参数之间的关系,对压力容器常用钢材的典型代表——Q345R的疲劳裂纹扩展过程的声发射信号进行详细研究. 结果表明:Q345R疲劳裂纹扩展的声发射过程分为三个明显的阶段,累积计数值和累积能量值可以很好地表征整个疲劳裂纹扩展过程;声发射参数在第2阶段到第3阶段的转折点比线弹性断裂力学定义下的要提前,表明声发射技术对疲劳进入失稳扩展阶段更加敏感;建立了Q345R声发射计数率和能量率与疲劳裂纹扩展速率的关系,它可以为Q345R剩余寿命的预测提供依据.     

基于Gamma过程的金属材料剩余强度退化模型

针对多级载荷作用下零件剩余强度未考虑加载次序的问题,基于Schaff模型,引入载荷次序影响因子,对Schaff模型进行修正,建立考虑载荷加载次序影响的等损伤比剩余强度预估模型.借助Gamma函数的形状参数和尺寸参数对零件的强度退化过程进行描述.采用45~#钢和30CrMnSiA的疲劳试验数据验证模型的准确性.结果表明：修正的等损伤比剩余强度模型预测精度要优于Schaff模型,且Gamma过程与零部件强度退化过程相吻合.     

考虑多失效模式老龄平台结构可靠性分析

针对老龄平台结构存在的多种退化失效因素,综合考虑疲劳失效、腐蚀失效和静强度失效这3种失效模式,建立每种失效模式的可靠度模型,并相应给出可靠度计算方法.通过相关系数研究任意两种失效模式之间的相互影响,进而提出两种计算3种退化失效模式全耦合作用下可靠度的方法:一是根据O. Detlevsen窄界限理论计算可靠度指标上、下限,二是通过将疲劳裂纹扩展和腐蚀退化引起的总抗力衰减引入静强度退化失效模型中,得到3种失效模式的耦合失效概率.实际算例结果表明:在不同服役阶段构件具有不同的主导失效模式;任意两种失效模式的耦合可靠度均低于单一失效模式的可靠度,3种失效模式耦合可靠度最低.     

锈蚀钢材力学性能试验及等效本构模型研究

为准确描述锈蚀钢材在循环荷载下的本构关系,对经人工加速腐蚀的16组Q355钢锈蚀试件进行单调拉伸及循环加载试验,得到锈蚀钢材的力学性能参数及其退化规律.分析锈蚀对钢材试件滞回性能的影响,基于Giuffre-Menegotto-Pinto（GMP）模型建立了锈蚀钢材的循环本构模型.结果表明：钢材的屈服强度、极限强度及对应的屈服应变、极限应变等力学性能随着锈蚀程度的增加呈线性退化趋势;锈蚀会削弱钢材的耗能能力,使得结构在往复荷载下的安全性难以保证;建立的锈蚀钢材的循环本构模型与试验结果吻合较好,可为腐蚀环境下的钢构件及结构的抗震性能评估提供支撑.     

基于损伤力学的混凝土疲劳损伤模型

为了研究混凝土在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化过程,从连续介质损伤力学的基本理论出发,根据混凝土的材料性能选定合理的耗散势函数,用残余应变来定义混凝土的损伤量,得到关于残余应变的损伤变量表达式;分析混凝土疲劳损伤的发展规律,选用合适的混凝土微塑性应变方程,推导混凝土在疲劳荷载下的损伤发展率,得到混凝土损伤变量与疲劳次数的关系,从而建立混凝土疲劳损伤模型;利用疲劳实验数据验证模型形式的正确性,并确定模型的参数;由此建立耦合损伤变量的混凝土本构关系模型,可用于疲劳荷载作用下混凝土的有限元分析.     

Q345B钢材GTN模型损伤参数标定及应用

目的标定Q345B钢材GTN模型损伤参数及评价损伤参数,并对钢管相贯节点的损伤起始位置进行预测.方法对取自Q345B钢材的光滑圆棒和带缺口的圆棒试样进行单轴拉伸试验,采用逆推法标定GTN细观损伤力学模型参数,并应用有限元分析方法预测相贯节点的损伤起始位置以及开裂破坏过程.结果引入的GTN细观损伤力学模型参数的支管端部荷载-相对凸凹变形曲线与试验结果吻合较好,有限元分析计算得到的损伤起始点荷载和位移与试验结果接近,并且有限元模拟的损伤起始位置与试验中观测到的裂纹开展起始位置相近.结论 Q345B钢材GTN损伤本构模型,能够模拟结构断裂过程,预测结构的断裂荷载、断裂位移、破坏位置.     

移动车辆荷载作用下梁体裂缝扩展规律

为了研究移动车辆荷载作用下开裂梁体的裂缝扩展规律,提出了一种基于相互作用积分法与车桥耦合振动分析相结合的裂缝尖端三维动态应力强度因子求解方法.同时,基于复合裂缝的临界断裂曲线提出了评估动力作用下弯剪裂缝扩展性能的参数λ.采用数值模拟方法分析了路面等级、车重、车速、梁体损伤程度和裂缝角度对移动荷载作用下裂缝扩展性能的影响.结果表明:车辆荷载增加、路面等级退化和梁体损伤程度增大均会导致裂缝扩展性能参数变大,其中车辆荷载作用最为明显,车辆行驶速度及裂缝角度对其影响不大;车辆荷载的冲击作用会加大裂缝扩展的风险,车辆荷载较轻和路面退化严重时,其对裂缝扩展性能的动力放大作用非常明显;车辆荷载和梁体损伤程度对裂缝扩展性能参数的耦合作用表现出非线性,随着车辆荷载的增大和梁体损伤程度的增加,裂缝扩展的风险加速增大.     

海洋环境中混凝土桩基的耐腐蚀性研究

海洋环境相对于淡水环境,其中的混凝土构件更易受到腐蚀介质的作用,产生性能退化.本文通过深入研究混凝土退化对沿海码头钢筋混凝土桩基产生的影响,分析了腐蚀作用过程中的主要影响因子,并总结了腐蚀作用致使码头耐久性下降的机制与规律.桩基的使用寿命与环境、材料等相关因素关系密切,各因子之间存在大小各异的耦合作用.本文针对工程实际...     

超高压管道的疲劳损伤研究

通过将超高压管道在疲劳载荷作用下的损伤归结为无初始应力集中的大范围疲劳损伤问题,根据应变疲劳的破坏机制,以应变幅为损伤变量,建立了损伤演化方程,利用虚功原理得到了超高压管道疲劳裂纹萌生寿命计算模型,探讨了交变内压作用下模型参数的计算问题.模型不仅考虑了材料的疲劳特性,同时考虑了管道结构和载荷作用情况,当退化为简单试件的疲劳寿命计算式时,能很好地拟合3种常用超高压容器用钢30CrN iMo8、ANSI4340H和G4335V的疲劳试验数据.     

基于车激索力响应的斜拉桥主梁损伤识别研究

基于车桥耦合振动理论,建立车桥索耦合振动方程,求解得到车激索力时程响应,其次定义主梁刚度折减系数为主梁损伤因子,根据泰勒级数展开方法建立索力响应与损伤因子的灵敏度方程,然后采用Tikhonov正则化方法和有限元模型修正技术求解该方程,得到主梁的损伤因子,从而实现对主梁的损伤识别.最后,以实验室独塔斜拉桥试验模型为例,对主梁单一位置损伤和多位置的损伤识别进行了数值仿真,并探讨了车辆参数、噪声干扰等对损伤识别结果的影响.结果表明:提出的识别方法理论正确,识别的结果可信,且该方法对车辆的参数、斜拉索的选择不敏感,可用不同参数车辆激励下的任意一根斜拉索的索力响应对斜拉桥主梁各种损伤位置和损伤程度进行有效识别.     

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.