激光作用下疲劳裂纹扩展的损伤力学分析

采用激光辐照作用下的LY12CZ铝合金CCT试样,尝试宏、微观相结合的方法,将位错胞平均尺寸λ作为损伤变量的参量,研究门槛值近区疲劳裂纹的扩展。实验结果表明：从损伤理论得到的寿命估算值较用Paris公式估算的寿命值更接近实验。     

混凝土与纤维混凝土的疲劳裂纹扩展分析

利用损伤能量释放与裂纹扩展能量释放等效关系,导出适用于混凝土与纤维混凝土的疲劳裂纹扩展理论公式。     

耐热钢的概率疲劳损伤力学模型研究

针对火电厂常用耐热钢发生疲劳损伤问题时的三个主要宏观特征,即损伤性、概率统计性和损伤局部性,建立起能够全面描述疲劳问题的概率疲劳损伤力学理论与方法．首先,基于不可逆热力学建立的连续损伤力学,研究了疲劳问题的特征性体积单元ＲＶＥ（ＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＶｏｌｕｍｅＥｌｅｍｅｎｔ）;其次,应用概率统计方法研究了概率性体积单元ＰＶＥ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＶｏｌｕｍｅＥｌｅｍｅｎｔ）;最后,根据耐热钢疲劳失效首先是在最薄弱的环节处产生和上述各特征性单元之间的相互影响,从而造成疲劳损伤总是局部性的突出特性,进一步采用数理统计学中最薄弱环节理论,并引入表现各单元间相互影响的局部性算子来推求基于ＰＶＥ单元的概率描述的耐热钢疲劳损伤场．从而建立起描述耐热钢的概率疲劳损伤特性的循环应力应变场、ＰＶＥ单元体表达和概率特性估算的基本表达式．试验与计算结果表明,该模型更加合理且具有很强实用性     

金属高温疲劳强度的损伤力学评价

通过高温疲劳损伤分析，提出了塑性损伤和蠕变损伤定义；建立了不同类型热疲 劳和高温低周疲劳损伤量Ｄ的确定方法和损伤发展方程；对蠕变疲劳交互作用下的 损伤迭加进行简化；提出用损伤力学方法评价金属高温疲劳寿命公式，以铸铁材料进 行试验和解析结果表明，所建立的评价寿命公式是正确的。     

疲劳应力应变滞后环的研究

研究疲劳应力应变滞后环对探讨疲劳积累损伤很重要。本根据orowan力学模型导出了疲劳应力应变滞后环的解析解。     

钢砼组合结构PBH剪力键疲劳试验及疲劳损伤规律研究

基于PBL剪力键,提出了适用于钢箱砼组合桥梁的PBH剪力键。以PBH剪力键疲劳损伤规律为研究目标,开展5组12个PBH剪力键静载及疲劳推出试验。基于试验数据,对比静载试验和疲劳试验的累积滑移曲线规律,分析疲劳加载荷载比对试件疲劳寿命影响,利用裂缝开展过程分析PBH剪力键疲劳损伤发展历程。研究表明：PBH剪力键疲劳破坏与静载破坏的规律性类似;荷载比对PBH疲劳损伤过程及寿命影响较大;PBH剪力键的疲劳损伤累积滑移主要由混凝土榫的破碎、迁移造成。     

表面裂纹疲劳扩展的一种损伤力学方法

以核反应堆中压力容器和管道的破前漏（ＬＢＢ）分析为背景，从连续损伤力学的角度研究了压力容器和管道中环向和轴向半椭圆表面裂纹在循环载荷作用下的疲劳扩展问题。以标量损伤因子表征材料的疲劳损伤，由裂纹尖端的损伤演化导出了与Ｐａｒｉｓ公式形式相似的裂纹扩展方程，给出了Ｐａｒｉｓ公式的物理意义。由此发展了一种分析表面裂纹疲劳扩展过程中形状演化问题的损伤力学方法。     

接触压力对微动疲劳强度的影响

研究了接触压力对微动疲劳强度的影响,结果表明,微动疲劳极限随接触压力的增加而下降,当下降到一定程度时即保持不变.这是由于起初随着接触压力增大,磨损损伤加剧,导致微动疲劳强度下降.当接触压力增加到一定程度后.由于滑移幅度的减小使得表面损伤减轻,而此时,微动疲劳极限处的最大交变应力很低,裂纹扩展的应力强度因子低于疲劳裂纹扩展的门槛值.因而.微动疲劳极限随着接触压力的增大变化不大.     

受疲劳荷载作用后的预应力混凝土构件冻融循环试验与损伤模型

对8根预应力混凝土梁进行受不同疲劳荷载后的冻融循环试验,研究疲劳荷载作用后预应力混凝土结构的冻融损伤特性.试验结果表明:荷载循环对预应力混凝土冻融损伤的发展有明显影响.运用损伤理论,对混凝土冻融损伤的疲劳效应问题进行了分析,并结合Aas-Jakobsen的混凝土材料疲劳寿命公式,引入疲劳效应影响因子(f(m)),建立了基于相对动弹模量的冻融损伤演化模型.结果表明:该损伤模型具有较高的精度,与试验结果吻合较好,适合工程应用.     

CFRP-混凝土界面的疲劳性能

为探明碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土界面的抗疲劳性能,以碳纤维薄板(CFL)与混凝土的粘结界面作研究对象,设计了改进的双剪疲劳试件,在循环荷载下对CFL-混凝土界面的疲劳性能进行了实验研究;给出了CFL-混凝土界面的相对滑移演化曲线(相对滑移-疲劳寿命实验曲线),分析了界面的应变及其粘结滑移规律.实验结果表明:在疲劳荷载作用下,CFL上的应变演化主要由加载初期快速传力阶段、界面稳定传力阶段、界面失稳传力阶段构成,其中界面稳定传力阶段约占其疲劳寿命的95%左右;试件相对滑移的演化也分为初期快速增长、稳定增长、失稳增长3个阶段.在稳定增长阶段,试件的相对滑移与疲劳寿命之间呈近似的线性关系.最后,提出了基于刚度系数的CFL-混凝土界面的疲劳损伤模型.利用该模型,可较方便地推定CFL-混凝土的界面在疲劳过程中的损伤演化规律.     

半刚性基层疲劳损伤模型及寿命预估

本文基于临界损伤值DC不等于1的基本假定,借助损伤力学理论建立半刚性基层的疲劳损伤模型,并结合脆性材料S-N关系方程,得出了模型参数C的一个新的函数表达式 。通过疲劳试验对Dc值以及C表达式中的待定系数a、b进行测定,并对多个试件疲劳寿命进行了预估计算。研究结果表明半刚性基层材料Dc值约为0.6,利用本文建立的损伤模型,在当前损伤量仅为0.3至0.5倍临界损伤值时,即可较早地对试件疲劳寿命进行预估,预估结果与试验结果吻合较好。     

钢纤维混凝土等幅与变幅疲劳特性的试验研究

对带切口的三点弯曲梁试件作了等幅与变幅疲劳断裂试验,研究了钢纤维混凝土梁试件在受弯疲劳荷载下的疲劳寿命、变形特性及能量吸收等规律,给出了计算疲劳损伤变量的公式。     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

基底刚度影响仰拱混凝土疲劳损伤的试验研究

为探明铁路隧道基底刚度对仰拱混凝土疲劳损伤的影响,研制了一种可变换基底刚度并模拟仰拱力学环境的加载装置,结合MTS疲劳试验机进行了仰拱混凝土疲劳损伤的试验研究,揭示了静动载耦合作用下隧道仰拱混凝土的疲劳损伤机理,构建了引入抗力系数的仰拱混凝土疲劳损伤计算模型,阐明了基底刚度对仰拱混凝土动态应变特征及疲劳损伤的影响程度.结果表明:隧道基底刚度对仰拱混凝土疲劳损伤和累积应变增长影响显著;随着基底刚度的降低,混凝土动应变及损伤值快速增长并发生疲劳破坏;混凝土损伤演化曲线与动应变曲线相似,均具有明显的三阶段变化特征;基于疲劳损伤拟合公式和抗力系数表达式,量化了基底刚度对混凝土疲劳损伤的影响程度;均布弹簧基底有利于混凝土抗疲劳性能的提高,其疲劳寿命约为三点弯折条件下混凝土疲劳寿命的10倍.     

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.     

疲劳损伤的模糊性研究

针对疲劳极限以下小载荷造成的疲劳损伤问题，依据模型数学理论，引入“造成损伤”这一模糊子集，定义其隶属函数，导出了隶属函数与损伤的关系，建立了模糊累积损伤计算模型以及相应的疲劳寿命计算公式，并采用2个不同的载荷谱，对构件疲劳寿命进行了预估。通过与实测寿命比较，找出了对不同载荷谱选择不同隶属函数的规律，使两种载荷谱下疲劳寿命预估的误差由原来的62．58％、61．65％分别降低到4．03％和0．53％。结果表明，用该方法预测构件的疲劳寿命比传统方法更加准确。     

一种双悬臂梁柔性销轴的微动疲劳研究

大型齿轮增速箱的行星齿轮轴常采用过盈配合的双悬臂梁柔性销轴结构,而该处的过盈配合结构易产生微动疲劳.通过理论计算获得有效过盈量的最值,再利用有限元软件Abaqus模拟柔性销轴的弯曲受载过程,分析弯曲载荷、过盈量和渗碳层深度3个因素对接触应力、摩擦剪切应力以及滑移幅值的影响情况,探究各因素对微动疲劳损伤的影响程度,并使用SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法对销轴结构的疲劳寿命S-N曲线进行预测.对多组试件进行弯曲载荷疲劳加载试验,获得柔性销轴试验S-N曲线,并分析了试验后的构件表面微动疲劳损伤形貌.研究结果表明:弯曲载荷对疲劳寿命的影响大于过盈量的影响,也大于渗碳层深度的影响.采用SWT法预测的疲劳寿命与由试验获得的疲劳寿命吻合得较好.因此,在工程设计中可采用数值仿真分析对柔性销轴的疲劳寿命进行辅助校核.     

结构钢疲劳裂纹扩展门槛值预测的新方法

通过对各种疲劳门槛值的理论模型的分析 ,认为结构钢的拉伸性能指标和循环加载条件是裂纹体疲劳门槛值的决定因素 .建立了用屈服强度、抗拉强度、断裂延性和循环加载应力比预测疲劳门槛值的人工神经网络模型 ,并用 1 0种结构钢的 60个样本对该模型进行了训练 .结果表明 ,人工神经网络模型可以很好地描述疲劳门槛值与结构钢拉伸性能指标及应力比之间复杂的定量关系 .应用所训练的人工神经网络模型预测了部分结构钢的疲劳门槛值 ,预测的结果与实测值符合良好     

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．     

水泥混凝土疲劳破坏的损伤力学分析

本文从热力学基本定律出发,采用连续介质力学方法推导出三维损伤方程,把其推广到混凝土弯曲条件下的疲劳损伤状态,定出损伤变量与疲劳寿命的关系式,提出并定量地确定初始疲劳损伤(零循环损伤)和临界疲劳损伤,并采用无损探测方法验证了损伤力学的适用性。