基于断裂力学理论的钢桥疲劳可靠性评估

为了研究钢结构桥梁的疲劳可靠性,使得钢桥在可接受的风险水平下工作.基于断裂力学理论和可靠性分析方法,建立了适用于钢桥的断裂疲劳可靠性模型,同时对模型中的初始裂纹长度a0、临界裂纹长度ac以及疲劳裂纹扩展参数C和m等相关参数进行了分析,并通过可靠性分析方法确定钢桥构件的疲劳可靠度.将该模型应用于一座实际桥梁,通过可靠性理论中的JC法获得了该桥主要构件横梁和下弦杆的疲劳可靠度随累积应力循环次数的变化规律,为该桥在一定的目标可靠指标下进行服役提供了理论依据.     

JM积分在低强钢焊接接头应力腐蚀破裂计算中的应用

运用悬臂弯曲应力腐蚀破裂试验的方法，研究了低强钢焊焊接头的应力腐蚀裂纹的亚临界稳定扩展问题，提出了用弹塑性断裂力学参量ＪＭ描述应力腐蚀理解纹尖端应力应变场。分析了在ＳＣＣ下ＪＭ的计算方法；通过试验与计算测得了焊接接头各区的ｄａ／ｄｔ－ＪＭ曲线，并分析了各区的ＳＣＣ敏感性大小。     

正交异性桥面板典型焊接接头应力强度因子修正公式

正交异性桥面板应用广泛,其焊接接头的疲劳破坏是导致桥面板结构失效最主要的原因。采用断裂力学的方法评价正交异性桥面板典型焊接接头的疲劳性能是工程领域主要的研究方法,但已有的应力强度因子公式存在精度不高、疲劳寿命预测不准等问题。以Baik等学者提出的应力强度因子公式为基础,修正了原有公式的物理概念;并通过回归有限元模型中的数据,得到了修正的应力强度因子计算公式。经与现有试验研究结果的比较,验证了修正公式在焊接接头疲劳寿命预测上的可靠性;并证明了其在正交异性桥面板工程中的应用价值。     

T型焊接接头中疲劳裂纹扩展的三维边界元模拟

T型焊接接头在钢结构中十分常见 ,它往往因初始微裂纹的疲劳扩展而导致断裂破坏。该文应用边界元( BEM)子域法 ,研究 T型焊接接头中三维混合模式表面裂纹的疲劳扩展问题。按照 T型焊接接头的实验模型建立边界元计算模型。基于端点附近裂纹前沿线位于椭球面上的假设 ,用间接方法求出裂纹前沿线的两个端点。当裂纹扩展时 ,计算网格可以自动进行重新划分。文中对裂纹扩展长度和方向提出了一种扩展准则 ,并与其他准则和实验结果进行了比较。计算结果表明 ,提出的扩展准则是有效的     

潜艇耐压壳疲劳寿命的断裂力学估算方法

本文应用断裂力学理论和方法研究潜艇耐压壳结构疲劳寿命问题;由疲劳裂纹扩展特性导出了潜艇耐压壳结构疲劳寿命的估算公式和方法.实例计算的结果表明本文的探索是成功的.     

基于JC方法计算构件疲劳断裂的可靠性

实际结构疫劳裂的可靠性分析,由于受到各种不确定因素的影响,难以得到各状态变量的概率分布形式,因此无法采用传统的可靠性理论计算其可靠度及失效概念。该文通过采用验算点方法并用实例说明,在工程实际中,能够同时考虑载荷、等非正态随机变量对疲劳裂纹扩展的影响,并能够在已知各状态变量的情况下,方便地计算可靠性指标与失效的概率值。该方法对研究实际结构的疲劳断裂破坏的可靠性及疲劳寿命具有较好的实用性。     

拱坝的失效模式与可靠度

本文研究拱坝的失效模式与可靠度．针对某拱坝，首先完成随机变量的统计量，然后，应用三维随机有限元法，在算出该坝的点可靠度的基础上，探讨了坝体与坝基联合作用下，开裂的可能性，并得出开裂深度与可靠度的关系．通过建立在条件概率基础上的体系可靠度公式，找出拱坝的最大可能失效模式与相应的可靠度．     

非均质焊接接头的裂纹尖端拘束与J积分应用的可行性

采用弹塑性大变形有限元方法，分析了平面应力状太民下非均质焊接接头中以应力三轴度表征的裂纹尖端拘束。结果表明，接头中裂纹尖端拘束不能满足ＨＲＲ场要求而显示出与接头区配、裂纹长度和裂纹模型有关的复杂演化规律。因此，在焊接接头直接应用Ｊ积分作为断裂参量存有问。     

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．     

张力腿平台系索疲劳可靠性研究

提出了一种解决张力腿平台系索疲劳可靠性问题的思路,假设波浪载荷的长期分布是由ｋ个短期海况组成,且每一海况中的应力范围的短期分布服从Ｒａｙｌｅｉｇｈ分布,利用整个张力腿平台动力响应分析以及系索有限元应力分析得到系索结构的应力谱,采用两种方法对张力腿平台系索疲劳可靠性进行了研究。首先,采用Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤模型,并考虑了平均应力的影响以及进行了雨流修正,对系索结构进行了疲劳可靠性分析,随后,建立了     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能，但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法，以800MPa超细晶粒钢母材性能为参照，对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件，对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊，焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果，分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响，并依据全面屈服理论对裂纹张开位移（CYOD）值进行了分析。结果表明，焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此，该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材，焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

重型牵引车后桥振动疲劳分析及试验研究

为提高重型牵引车后桥结构耐久性能,解决冲焊结构后桥推力杆上支架、后盖焊缝、直焊缝等容易发生疲劳破坏等问题,将冲焊桥替换成铸钢桥,通过仿真和试验相结合的方法对比冲焊桥和铸钢桥结构耐久性能指标,建立车桥虚拟实验台,并通过对比试验校核虚拟实验台模型.应用振动疲劳分析方法求解铸钢桥和冲焊桥的疲劳寿命,并用疲劳台架试验验证仿真结果.仿真和试验结果一致,表明铸钢桥壳的疲劳耐久性能要强于冲焊桥壳的疲劳耐久性能,采用铸钢桥的重型牵引车可有效提高结构可靠性.      

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800 MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能,但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法,以800 MPa超细晶粒钢母材性能为参照,对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件,对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊,焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果,分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响,并依据全面屈服理论对裂纹张开位移(CTOD)值进行了分析。结果表明,焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此,该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材,焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

A633D钢焊缝金属疲劳裂纹扩展速率试验研究

采用三点弯曲试样,对A633D钢焊缝金属疲劳裂纹扩展速率的测定进行了实验研究.用七点递增多项式法和Smith方法对其试验数据进行处理,求得试样疲劳裂纹扩展速率及裂纹尖端应力强度因子范围的值,写出了其Paris表达式,并对试验结果进行比较分析.在较大范围的扩展区域内,用七点递增多项式法得到的疲劳裂纹扩展速率比Smith法具有较高的安全系数,可应用于实际的焊接结构,并具有一定的安全性.研究结果将对A633D钢焊接结构件的实际应用提供试验依据和工程设计参数.     

飞机机轮轮毂结构疲劳可靠性分析

提出了结构疲劳可靠性计算模型．该模型以结构初始疲劳质量的描述为基础,考虑裂纹扩展的随机性,建立了以裂纹长度为判据的结构失效功能函数,并用ＪＣ法和一次二阶矩法计算飞机机轮轮毂在不同循环次数下的裂纹超过数概率．同时分析了疲劳裂纹扩展的分散性对结构疲劳可靠度的影响．最后,用实物疲劳试验结果对上述方法给出的预测结果进行了验证,验证结果证明该方法是合理的．     

钢桥焊接构件疲劳寿命预测

分析了影响焊接接头疲劳寿命的各种因素,在Dugdale模型基础上构造裂纹闭合模型,并将其应用到焊接接头的表面半椭圆形裂纹,其中考虑了影响区的材性变化、焊接残余应力以及焊缝几何带来的应力集中,通过与两个试验结果的比较表明：该法能估计裂纹扩展阶段的疲劳寿命,可用于焊接钢桥抗疲劳设计。     

海洋石油钢结构焊接构件疲劳可靠性的研究

本文重点研究了带有缺陷的焊接构件的疲劳可靠性;建立了贯穿壁厚的疲劳失效模型;对NDT精度等疲劳参量的统计特性作了分析。基于寿命模型,应用结构可靠性原理探讨了设计阶段构件的疲劳可靠性预测及带裂纹构件剩余寿命的概率分析问题。通过相应的计算,给出了几组特定参数下的失效概率曲线,并分析了有关参数的作用。     

海洋结构裂纹检测与维修优化

首先讨论了海洋结构含裂纹构件的失效准则及修复构件疲劳性能的评价模型。应用概率断裂力学方法提出了一个描述海洋结构检测与维修过程的可靠性模型 ,该模型同时考虑了疲劳和断裂两种失效形式 ,并可以评价检测、维修过程对平台可靠性的影响。基于该模型 ,开发了一个描述裂纹萌生与扩展过程的可靠性数值仿真器 ,用于对服役平台的检测和维修进行优化。用该数值仿真器对一个实例进行计算的结果表明 ,对裂纹进行检测优化时 ,不计断裂失效是不合理的。     

基于蒙特卡罗模拟的CFRP缠绕压力容器可靠性分析

对具有多维基本随机变量的碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)缠绕压力容器提出一种可靠性分析方法.选取CFRP单向板弹性常数、基本强度、纤维缠绕角和压力容器纵环向层壁厚作为基本设计变量,制备CFRP单向板试件和CFRP缠绕压力容器,并通过大量试验获得各变量的概率统计分布.根据经典层合壳体理论和Tsai-Wu失效准则对CFRP缠绕压力容器进行结构失效演变及应力分析,基于可靠性分析的极限状态方程,完成压力容器失效载荷与失效概率分布以及重要随机变量对失效概率分布影响规律的数值模拟.模拟结果与试验结果基本符合,验证了本文分析方法的准确性.     

焊接接头裂端塑性区发展与应力三轴性

采用有限元计算方法分析了平面应变条件下中心裂纹和三点弯曲不同强度匹配和裂纹深度试样中的裂端场．结果发现，焊接接头裂端应力三轴性随加载方式、裂纹长度及焊缝和母材匹配性质不同而变化，并从焊缝和母材塑性区发展及应变硬化方面进行了解释．同时指出，由于焊缝和母材塑性变形及交互作用导致的裂端韧带上拉应力的改变是不同接头中应力三轴性变化的根本原因