超载处理对16Mn钢疲劳裂纹扩展速率的影响——Ⅱ.容器部分

本文对16Mn钢压力容器中轴向贯穿疲劳裂纹的超载迟滞效应进行了试验研究。基本循环载荷应力比R=0,未经超载的疲劳裂纹扩展速率采用裂纹顶端张开位移变化量回归。试验使试板上的结论在容器中得到了验证。校核了Willenborg和Matsuoka模型在压力容器中的可用性。应用Matsuoka模型估算压力容器迟滞效应是可行的。本文建议,确定最大超载比时应综合考虑裂纹是否会失稳、容器是否会发生屈服以及裂纹的韧带屈服范围等因素。     

压力容器疲劳裂纹扩展的超载迟滞效应及其估算

本文通过ST45钢轴向穿透裂纹模拟容器的内压疲劳裂纹扩展试验,探讨了在压力容器上推广、应用超载迟滞效应的问题。文中考虑常规压力容器水压试验的加载规定,着重研究了1.5倍小超载比情况下的迟滞特性,并讨论了超载点裂纹长度、基本循环内压大小及超载后停歇对迟滞效应的影响。最后选用 Wheeler、Will-enborg、广义Willcuborg、松冈(Matsuaka)、Maarse等五个较有名的数学模型计算试验容器的迟滞效应大小。研究表明:压力容器1.5倍的小超载,迟滞效应也是相当明显的,可使带有20mm左右裂纹的试验容器寿命提高约80％,Willenborg模型是估算压力容器上小超载迟滞效应较为理想的模型。     

变幅载荷下的疲劳裂纹扩展

通过１６Ｍｎ钢在高－低，低－高－低和低－高加载情况下，不同超载比时的裂纹扩展了实验研究，获裂纹长度与循环次数，裂纹扩展速率与裂纹长度的相应变化曲线，实验表明，在高－低和低－高－低加载下疲劳裂纹扩展具有迟滞效应，其随超载比增大而增大，文中使用常数的Ｗｉｌｌｅｎｂｏｒｇ模型对具有迟滞效应情况进行了寿命分析，计算表明在大超载比下与实验结果相比明显偏大，上述现象对变幅载荷下有裂纹机械构件的安全寿命预测具有     

超载对X52管线钢疲劳裂纹扩展的影响

试验研究了裂纹扩展过程中超载载荷迟滞效应。在恒定的应力比下,在不同强度因子幅下通过计算过载影响区大小来确定影响区内的迟滞裂纹扩展速率,并与无超载情况下的裂纹扩展速率相比较,定性地说明X52管线钢裂纹扩展中的迟滞效应。     

预腐蚀后拉伸超载对LC4CS铝合金疲劳性能的影响

采用预腐蚀后进行单次拉伸超载疲劳试验的方法，研究了腐蚀与超载对LC4CS材料疲劳寿命的影响。结果表明，如果保持超载比不变，试件疲劳寿命将随预腐蚀年限增加而线性降低，且分散性逐年增大；在低超载比时，预腐蚀对疲劳寿命的亏损作用与超载对疲劳寿命的增益作用相互抵消；在超载比较大时，超载迟滞效应对疲劳寿命的增益作用明显。     

超载对应力集中区裂纹疲劳扩展的影响

用具有对称裂纹的中心圆孔宽板试件,研究了超载对结构应力集中产生的塑性变形区中的裂纹疲劳扩展速率的影响。发现在塑性区中裂纹超载迟滞效应和在弹性区中裂纹的超载迟滞效应相似。在裂纹萌生前施加超载于结构元件,对以后应变集中区裂纹的萌生及疲劳扩展均有显著的迟滞作用。因此预超载技术可以用于延长有应力集中结构元件的疲劳寿命,例如带接管的焊接压力容器。     

疲劳裂纹在TA2板中扩展及超载迟滞效应的实验研究

以中心裂纹拉伸M(T)试样为试件,研究了TA2钛板中Ⅰ+Ⅱ复合型缺口裂纹在不同载荷条件下的扩展情况,重点研究了在恒幅载荷和超载载荷下新裂纹的起裂、扩展和迟滞。结果发现在TA2材料中,从I+II复合型缺口裂纹尖端起裂的新裂纹是以Ⅰ型裂纹型式向前扩展的,并且与缺口裂纹取向以及是否受到超载无关;裂纹疲劳扩展速率和Ⅰ型应力强度因子变化幅之间的关系符合Paris公式;经过超载后,裂纹在TA2材料中的起裂和扩展难度显著提高,而且裂纹越短,超载迟滞效应越明显,超载后在裂纹尖端附近形成的残余压应力塑性区是产生超载迟滞效应的原因。     

37Mn5钢高温变形抗力模型及动态再结晶动力学模型研究

通过Gleeble热模拟试验获得不同变形条件下37Mn5钢的应力应变试验数据,采用不同模型对试验数据进行回归,找到适合37Mn5钢高温变形时的变形抗力模型.同时,通过计算得到了该钢的动态再结晶动力学方程和动态再结晶体积分数表达式.将以上模型的计算值与实测值进行比较,结果表明,计算值与实测值非常接近.     

混凝土双参数断裂模型和尺寸效应模型R阻力曲线比较

对混凝土的两类基本断裂模型(双参数断裂模型和尺寸效应模型)求解得到的第Ⅰ类几何形式下的R阻力曲线进行了详细的分析比较.首先对有效裂纹长度和裂纹尖端张口位移进行了修正,在此基础上由双参数断裂模型和尺寸效应模型得到了R阻力曲线的解析表达式.通过两类R阻力曲线计算得到的荷载-位移曲线与试验结果的对比,发现尺寸效应模型得到的临界有效裂纹长度稍大于双参数断裂模型的结果,而根据双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载大于尺寸效应模型的结果,且当相对初始裂纹长度较大时,双参数断裂模型R阻力曲线得到的最大荷载远大于试验值.双参数断裂模型的R阻力曲线适合于初始裂纹长度相对试件高度较小的情况.     

变幅载荷疲劳裂纹扩展预测模型

为克服变幅载荷疲劳裂纹的预测中受到的实验成本、时间、载荷谱型等诸多因素的限制,在常幅载荷下S-N曲线与疲劳裂纹扩展曲线关系的基础上,研究了变幅载荷下两曲线之间的关系,并结合疲劳累积损伤理论,推导了块谱载荷裂纹扩展裂纹长度的预测方法,同时考虑了超载迟滞效应的影响,最后进行了实验研究.实验与计算结果表明该方法有效、便于工程应用,该方法可用于结构设计阶段对疲劳裂纹扩展寿命的预测.     

结构-地基相互作用的频域计算模型

基于比例边界有限元法（SBFEM）建立了结构-无限地基相互作用分析的频域透射边界,这种透射边界精确满足Sommerfeld辐射条件.该方法的特点是可以根据精度需要从低阶到高阶逐步递推计算无限域刚度矩阵,应用简单且十分方便.针对文献中比较常用的各种无限地基计算模型的适应性进行了一定的研究分析.结合无限地基上重力坝的地震响应,对无限地基迟滞效应的影响进行了对比分析,由对比结果可以看出考虑无限地基影响时的坝体最大拉应力分布比常用的无质量地基模型的计算结果约小15%;考虑迟滞效应时最大应力计算结果比不考虑迟滞效应时的计算结果增加了约25%.     

两平行热疲劳裂纹的应力强度因子计算方法

针对直接计算热疲劳裂纹网中裂纹的应力强度因子有困难的问题,提出用有限元方法计算了若干组(每组两条)平行裂纹发生屏蔽效应时的应力强度因子,研究裂纹间屏蔽效应的规律.定义了热疲劳裂纹的比间距n、屏蔽剩余百分数s和裂纹长度比值f,发现此三者有确定关系且与边界条件及裂纹长度无关.给出了n-s-f的关系曲线,据此可根据单条裂纹的应力强度因子推算两条裂纹发生屏蔽效应时主裂纹的应力强度因子.算例表明,该方法是正确的、有效的.     

单边斜裂纹的应力强度因子计算

应用有限元单元法研究了裂纹的扩展和裂纹尖端的应力应变与应力强度因子的关系,计算了单边斜裂纹受双向拉伸时应力强度因子随裂纹角度、裂纹的长度以及板长的变化.结果表明:1)单边斜裂纹受双向拉伸的应力强度因子Ⅰ型分量随裂纹角度的增加而增加,Ⅱ型分量随裂纹的角度增大先增大,大于45°后逐渐减小;2)单边斜裂纹受双向拉伸的应力强度因子Ⅰ型分量和Ⅱ型分量均随裂纹长度的增加而增加;3)板长的影响主要体现在板长比较小时,当长宽比达到一定的值时,影响基本可以忽略.这些结果为以后的裂纹研宄打下了基础.     

不同角度含裂纹损伤钢构件拉伸试验与分析

针对含裂纹损伤钢构件呈现脆性现象的问题,大多数研究者均假设裂纹与受力方向垂直,且假设屈强比不会随裂纹的变化而变化。然而,实际工程中裂纹出现的角度是随机的,且含裂纹损伤钢构件的屈强比会随着裂纹长度发生改变。针对Q235和Q355两种不同钢材,对不同角度的含裂纹损伤钢构件进行试验和分析研究。考虑不同裂纹角度下,且屈强比变化的情况下,研究含裂纹损伤钢构件呈现脆性现象的情况。结果表明：计算屈服强度时,任意裂纹角度均可以投影成与受力方向垂直的裂纹处理。当相对裂纹长度一定时,屈强比越大,含裂纹损伤钢构件越容易呈现脆性性能。当相对裂纹长度增大时,含裂纹损伤钢构件的屈强比增大,采用变化的屈强比,改进了剩余极限强度公式,使公式计算值与试验值误差小于1%。研究成果对含裂纹损伤钢构件后期的预防、修复和加固具有一定的理论价值和现实意义。     

大直径嵌岩桩桩端极限承载力计算方法

为更加准确获得大直径嵌岩桩桩端极限承载力,假定桩端岩体整体连续滑裂破坏、桩周岩体剪切破坏、桩周岩体微裂纹断裂破坏3种可能的极限状态,基于岩体二维、三维Hoek-Brown(H-B)破坏准则、岩体微裂纹Ⅰ-Ⅱ型复合判据,提出4种大直径嵌岩桩桩端岩体极限承载力的计算方法.引用现有实测数据对所提出的计算方法进行对比分析和验证,结果表明所提出的4种计算方法均比较接近实测值,尤其是基于Ⅰ-Ⅱ型复合判据的桩周岩体微裂纹断裂的桩端极限承载力计算结果与实测值最为接近.进一步研究了大直径嵌岩桩的尺寸效应,研究表明,桩端极限荷载与嵌岩深度及桩径密切相关,嵌岩桩桩端极限荷载随嵌固深度的增大而增大,而随桩径的增大而减小.4种计算方法中基于Ⅰ-Ⅱ型复合判据的桩周岩体微裂纹断裂计算方法与现场实测规律更加相符.     

基于有限元的弹塑性裂纹数值分析

在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上,推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式;通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算,与推导出的解析解比较,表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度;分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系;对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨,结果表明,塑性区尺寸随外荷载增大而增大,并且外荷载接近屈服应力时,裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大,进入全面屈服.     

泰州大桥悬索桥南锚碇基础的变形及超载安全度分析

 锚碇作为悬索桥的主要承力结构物,其变形是影响悬索桥安全的重要因素。针对泰州大桥悬索桥的南锚碇基础,建立了三维的地层-结构模型,应用大型数值软件Flac3D和超载分析法,假定锚碇的超载为大缆拉力按比例增加,研究了锚碇基础的变形随大缆拉力超载系数的变化规律。结果表明,在大缆拉力为设计载荷,即大缆拉力超载系数λ=1时,数值模拟计算结果与现场实测结果接近;在超载情况下,当λ<3.5时,锚碇基础最大变形随大缆拉力超载系数基本呈线性增加;当λ>3.5时,锚碇基础变形随大缆超载系数呈非线性增加;而当λ=3.81时,锚碇基础的水平位移达到极限值。因此,综合考虑锚碇基础的土体塑性区分布和变形控制要求,得到了泰州大桥悬索桥南锚碇基础的超载安全度为3.81的结论,可为泰州大桥工程的稳定性评价提供参考依据。     

真空负压软基加固特性三维数值分析

基于三维Biot固结理论,考虑涂抹效应,采用修正剑桥模型和渗透系数均质化方法,应用ABAQUS软件对真空负压下软基加固过程进行三维有限元计算,对不同加载方式、变化渗透系数和密封深度这3种因素的有限元计算结果进行比较分析。结果表明:三维有限元能更真实地反映真空负压固结过程,砂垫层节点施加荷载方式的计算值与实测值吻合较好;考虑渗透系数随孔隙比变化时,表面沉降量、沉降趋势和固结度更接近实际情况;最优有效密封深度约为3 m。     

拉剪作用下煤岩不等长平行偏置裂纹相互作用

为研究天然煤岩体中多裂纹的相互作用规律,采用经典Kachanov法,通过分析应力强度因子比的变化,研究了拉剪作用下不等长平行偏置双裂纹间水平距离、垂直距离以及裂纹长度对彼此相互作用的影响规律.并借助RFPA2D软件对不同间距条件下的裂纹起裂扩展进行数值模拟验证,其结果与理论计算吻合良好.结果表明:裂纹间的相互影响包括强化作用、屏蔽作用和零效应3种形式,且三者随水平距离、垂直距离和裂纹长度的不同而相互转化;距离裂纹尖端越近,强化作用越强烈,且强化作用变化速率也越快,距离裂纹中心越近,屏蔽作用越强烈,且屏蔽作用变化速率也越快,裂纹长度越长,其影响范围也越大.     

压缩状态下张开型裂纹起裂扩展规律

为获得张开型裂纹起裂及扩展规律,对于断裂力学分析不同裂纹倾角和不同裂纹长度时张开型裂纹的起裂特征,运用RFPA数值模拟软件研究含张开裂纹的岩体在单轴压缩试验下的裂纹扩展及破裂特点.研究结果表明:裂纹倾角和长度对张开型裂纹起裂及扩展规律的影响显著.裂纹倾角越大、长度越小,翼型裂纹扩展路径越趋于直线,起裂方向与原裂纹方向越接近,裂纹起裂角越小;裂纹起裂应力随裂纹倾角的增大先减小后增大,且与裂纹长度成反比.岩体的峰值强度也与裂纹几何参数密切相关,随裂纹倾角的增大呈现先减后增的变化规律,随裂纹长度的增加整体趋于减小.