往复荷载下钢结构节点的超低周疲劳断裂预测

进行了一个方钢管柱与H形钢梁直接焊接节点试件在往复荷载作用下的试验和有限元分析,采用已校准的微观断裂判据退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环空穴扩张模型(CVGM)对其进行了超低周疲劳断裂预测,并对两个栓焊混接边柱节点试件进行了预测.预测结果与试验结果相比有较高的精确度.随后进行了损伤退化参数对断裂预测结果的敏感性分析,得出其取值对预测结果不敏感.因此,微观断裂判据对钢结构节点的超低周疲劳断裂预测有较好的适用性.     

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.     

橡胶板式支座锚栓超低周疲劳断裂分析

为研究螺栓球节点橡胶板式支座中锚栓在灾难地震中受弯剪发生超低周疲劳的断裂问题,依国家现行规规范设计并制作了橡胶板式支座模型,采用双向加载法对其进行了大位移超低周疲劳试验,得到了四根锚栓的超低周疲劳破坏形态。并从宏、微观角度对锚栓断口进行了分析。结果表明：在往复荷载下,锚栓发生无明显塑性变形的较突然性断裂,为超低周破坏形态,其断口存在疲劳源区、扩展区和瞬断区等典型的疲劳断裂特征,且不同位置锚栓的受力方向和裂纹起裂时间、扩展速率均不同;同一锚栓断口上韧性断裂与脆性断裂特征并存,但总体均表现为偏脆性断裂。     

T应力对岩石断裂韧度及扩展路径的影响

为了准确预测岩石类材料复合断裂韧度及裂纹扩展路径,提出结合T应力的修正最大周向应力断裂判据.该修正最大周向应力断裂判据是采用双参数模型(应力强度因子K和T应力)来描述岩石断裂的行为,对岩石类材料复合断裂进行理论计算和实验.结果表明:软岩半圆盘实验所得断裂韧度与传统最大周向应力断裂判据预测结果有较大误差,而修正最大周向应力断裂判据预测结果和实验结果相吻合;当T应力为正并且超过某一定值时,裂纹的扩展路径将发生偏折;T应力对脆性材料断裂试件的断裂韧度和裂纹扩展路径有影响.     

加载制度对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响

为了研究加载制度不同对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响,采用4种加载制度对8个相同试件进行轴向往复加载低周疲劳试验,研究了螺栓球节点在不同加载制度下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能以及承载力退化规律。结果表明：在不同加载制度下,螺栓球节点组合试件的破坏形态基本相同,破坏发生在中间螺栓球节点处,经历了弯曲失稳、高强螺栓产生裂纹、裂纹扩展直到最终发生断裂等过程,破坏螺栓有颈缩现象,所有螺栓的螺纹丝扣均有较严重变形与磨损,超低周疲劳寿命很短;加载制度对试件超低周疲劳性能影响显著;试件的滞回曲线为捏拢类型、不饱满、不对称、耗能能力较小;不同加载制度的试件骨架曲线,无论受拉还是受压均基本重合,因损伤积累过程不同断裂点会有所不同;螺栓球节点的抗弯刚度很弱,在所连接的杆件弯曲时会诱发螺栓的折断,引起结构的连续破坏。     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

循环轴向加载钢管塑性铰性能试验研究

摘要：针对强震作用下螺栓球网格结构杆件塑性铰超低周疲劳断裂问题,设计了两端带螺栓球节点的圆钢管组合试件模型。对三种高强螺栓的管球组合试件进行了大位移循环加载试验,开展了螺栓球网格结构杆件塑性铰位置、范围、形状及形成机理的研究。试验结果表明：两端带螺栓球节点的圆钢管杆件中部首先进行塑性变形,在往复荷载作用下塑性变形区域不断延杆件轴向扩展,杆件塑性铰在拉荷载下缩颈,在压荷载下截面椭圆化,中部区域刚度退化形成凹陷,最终开裂;塑性铰产生的位置在距杆件中点截面直径大小的高度范围内。     

过渡平板支座节点在超低周疲劳试验中锚栓的损伤累积试验研究

灾难地震作用下网格结构的支座节点由于损伤累积导致节点软化,对整体结构性能影响很大。为研究过渡平板支座节点在超低周疲劳试验过程中的破坏形式,设计了支座节点的双向加载试验装置,对支座节点进行超低周疲劳试验,研究支座锚栓的破坏过程,得到锚栓在加载过程中的倾角变化规律以及支座整体转角变化规律。结果表明:过渡平板支座节点在试验过程的破坏形式均为锚栓断裂,锚栓断口有明显的超低周疲劳破坏特征,锚栓倾角和支座节点整体转角的变化可以反映支座节点中锚栓损伤程度,可为震后评定支座节点的状态提供参考。     

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。     

基于SMMS模型的钢框架梁柱节点断裂分析

为了更好地预测钢结构焊接节点的延性断裂,结合空穴扩张模型(VGM)和应力修正临界应变模型(SMCS)的优点,提出了一种应变修正平均应力(SMMS)模型,给出了SMMS模型的推导过程.通过现有的平滑缺口圆棒拉伸试验校准了国产Q345钢材的VGM,SMCS和SMMS模型的韧性参数,分析比较了三种模型的特点及计算量大小.最后利用已有的Q345钢材梁柱节点局部焊接拉伸试验对SMMS模型预测钢材延性启裂的有效性展开分析.研究表明:SMMS模型的韧性参数与VGM,SMCS模型类似,在三种平滑缺口圆棒尺寸下的校准结果均比较接近,且其离散系数较小,说明SMMS模型的韧性参数是材料的固有属性;SMMS模型相比VGM模型计算较为简便,相比SMCS模型受应力三轴度的波动影响较小;SMMS模型的延性启裂预测结果与VGM模型较为接近,且与试验值较为相符,表明SMMS模型可用于钢结构焊接节点的延性断裂预测.     

基于钢筋低周疲劳的桥墩地震易损性分析

基于Coffin-Manson钢筋疲劳损伤模型,采用非线性纤维梁柱单元,对纵筋采用HRB335和HRB500E的圆柱形桥墩拟静力试验进行数值模拟,研究拟静力作用下低周疲劳对钢筋和构件承载力退化的影响.为了进一步研究钢筋低周疲劳对试件累积损伤的影响,将Takemura和Kunnath提出的两组不同加载模式下的拟静力试验进行数值模拟.结果表明:基于Coffin-Manson模型,采用纤维单元,在材料层面上考虑钢筋的低周疲劳,可以较好地模拟试件在不同加载模式下的累积损伤和承载力退化.     

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.     

LT1350涂层线涂布钢辊疲劳断裂失效机理分析

涂布钢辊在工作中同时承受弯矩、扭矩的作用。钢辊的辊轴零件在较小的交变载荷作用下,过早发生了疲劳断裂失效,其断裂类型为脆性断裂。疲劳断裂的发生是多个因素联合作用的结果,主要因素有：交变循环应力;轴径变化引起轴根部的应力集中;因熔化焊接工艺引起的钢辊焊接头区域微观组织改变;焊缝区的焊接缺陷;焊后表面质量,等。这些因素导致焊缝区及零件表面的缺陷成为疲劳微裂纹萌生的起源,而焊接残余应力的存在使平均应力增大,使焊缝缺陷加快扩展到相邻的轴体内部,导致辊轴过早发生疲劳断裂失效。     

桥梁焊接构件疲劳损伤测试与分析

对桥梁结构中典型的焊接构件的缩尺试样进行实验研究,探讨了焊接构件在高频动载下的高周疲劳损伤破坏过程及其特征．通过动态捕捉焊接试样在焊趾附近的应变变化情况,直观描述了疲劳损伤演化过程中的3个典型阶段;通过研究疲劳实验过程中试件固有频率的变化情况,定量给出了试样的疲劳损伤演化曲线,为研究结构的疲劳损伤情况提供了一种新的方法．结果表明：在焊接试样的总疲劳寿命中,对应于疲劳裂纹萌生期和扩展期的寿命占主要部分,达到总疲劳寿命的90％左右,而产生宏观可见的疲劳裂纹到试件断裂的寿命周期很短,只占到总疲劳寿命的10％左右．疲劳裂纹源和裂纹扩展区部分的图像呈放射状的人字形条纹,人字纹指向裂源,其反向为裂纹的扩展方向．     

LT1350涂层线涂布钢辊疲劳断裂失效机理分析

涂布钢辊在工作中同时承受弯矩、扭矩的作用。钢辊的辊轴零件在较小的交变载荷作用下,过早发生了疲劳断裂失效,其断裂类型为脆性断裂。疲劳断裂的发生是多个因素联合作用的结果,主要因素有：交变循环应力;轴径变化引起轴根部的应力集中;因熔化焊接工艺引起的钢辊焊接头区域微观组织改变;焊缝区的焊接缺陷;焊后表面质量,等。这些因素导致焊缝区及零件表面的缺陷成为疲劳微裂纹萌生的起源,而焊接残余应力的存在使平均应力增大,使焊缝缺陷加快扩展到相邻的轴体内部,导致辊轴过早发生疲劳断裂失效。     

高铁站房型钢混凝土梁疲劳性能试验研究

鉴于型钢混凝土(SRC)梁在高铁站房应用的需要,对3根尺度和构造细节与实际工程一致的H型钢混凝土梁进行了基于设计荷载的静力试验和200万次的疲劳试验.在此基础上,继续进行了增大荷载幅的疲劳试验.介绍了SRC梁试件、加载和测试等方案以及试验结果,比较了静力加载和疲劳加载阶段的结构性能,阐述了SRC梁疲劳裂纹萌生和扩展的破坏特点.研究表明:在设计荷载静力作用和200万次循环作用下,SRC梁保持完好,处在弹性阶段,混凝土表面最大裂缝宽度不超过0.2 mm;增大荷载幅之后,这些SRC梁又经历了31～146万次寿命后发生疲劳破坏;疲劳破坏之前,SRC梁各组件协同工作良好,应变分布符合平截面假定;疲劳破坏起源于H型钢受拉翼缘与腹板的焊接部位,焊接H型钢梁的疲劳性能对整个SRC梁的疲劳强度起着十分关键的作用.最后提出了改善SRC梁疲劳强度的建议和未来需进一步研究的工作.     

$\bf\Lambda _{\bf c} \textbf{(2880)}^{\bf +} \textbf{2}$D波激发态的强衰变

在$^3P_0 $模型框架下, 计算$\Lambda _{c} (2880)^+$作为2D波激发态的衰变宽度和分支比, 确定其量子态并探究内部激发模式. 计算结果表明: $\Lambda _{c} (2880)^+$有可能是2D激发态$\Lambda _{{c}2} \big(\frac{3}{2}^+\big)$, $J^P=\frac{3}{2}^+$, 且$n_\rho =1$、$l_\lambda =2$, 为径向$\rho $激发、轨道$\lambda $激发的激发模式, 总衰变宽度${\it\Gamma}_{total} =18.53$ MeV, 分支比比值$R={\it\Gamma}(\Lambda _{c}(2880)^+\to \Sigma _{c}(2520)\pi)$/${\it\Gamma}(\Lambda _{c} (2880)^+\to \Sigma _{c} (2455)\pi)=0.16$; 也可能是2D激发态$\Lambda _{{c}2}^{'}\big(\frac{3}{2}^+\big)$, $J^P=\frac{3}{2}^+$, 且$n_\lambda =1$、$l_\lambda =2$, 为径向$\lambda $激发、轨道$\lambda $激发的激发模式, 总衰变宽度${\it\Gamma} _{total} =1.69$ MeV, 分支比比值$R={\it\Gamma}(\Lambda _{c} (2880)^+\to \Sigma_{c}(2520)\pi )$/${\it\Gamma} (\Lambda_{c} (2880)^+\to \Sigma_{c}(2455)\pi )=0.10$.     

恒幅加载下电阻点焊的疲劳试验及其有限元分析

疲劳试验采用MTS810电液伺服材料试验机,保持平均载荷不变,测定不同载荷幅下点焊试样的疲劳寿命.试验结果表明,恒幅加载下,随着载荷幅的增大,疲劳寿命循环数不断减小.且在双对数坐标形式下,疲劳寿命与载荷幅呈现近似线性关系.按照电阻点焊试样的结构尺寸和缺口形状使用ANSYS软件建立有限元模型,分析得到焊核周围区域的应力应...     

SAF 2707HD旋转弯曲疲劳性能

针对SAF 2707HD双相不锈钢进行旋转弯曲疲劳实验.利用升降法计算得到疲劳极限,根据实验数据绘制应力-疲劳寿命(S-N)曲线,再利用扫描电子显微镜(SEM)对试样疲劳断口进行观察,分析了疲劳裂纹源的类型和断裂机制.统计数据表明:由于试样表面裂纹源引起的断裂基本发生在10⁵次循环或之内,而由于内部裂纹源引起的断裂基本发生在10⁶次循环,相差近一个数量级.为此利用有限元软件进行了疲劳寿命计算,预测结果与实验所得S-N曲线进行对比,确认了疲劳寿命分析的可靠性.