钢桥面板疲劳裂纹钻孔止裂分析及实验验证

对紧凑拉伸试样进行有限元分析,考察止裂孔边缘的应力分布情况,对比不同状况下裂纹尖端的力学特性,研究了孔径及附加孔对止裂效果的影响.结合钢桥面板局部模型实验,对开裂试件打孔止裂后进行疲劳实验,通过比较不同试件的疲劳寿命,对有限元分析结果进行了验证.分析和实验结果表明,经过止裂孔钻孔处理后,应力集中点位于试样预制裂纹直线延伸方向与止裂孔孔边缘相交处,相对于未打孔,裂纹尖端应力显著下降.裂纹尖端打孔止裂,能够提高构件疲劳寿命,且孔径越大,止裂效果越明显,孔径8mm以后,增大孔径所产生的止裂效果逐渐降低.不同孔径钻孔处理的疲劳试件,各阶段裂纹再次扩展速率相当,属于裂纹中速率扩展区,附加孔并没有影响裂纹扩展速率,但使疲劳寿命显著地提高.     

高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能

为了分析高强螺栓止裂法的止裂效果,首先基于带裂纹钢板的有限元模型探究孔径和螺栓预紧力参数对修复后钢板的应力分布和止裂机理的影响.随后对修复后的预裂钢板进行3组对比疲劳试验,评价了不同修复方法下的结构疲劳寿命,并与各国规范相关S—N曲线进行比较.分析和试验结果表明:采用止裂孔法和高强螺栓止裂法均能延长损伤钢板的疲劳寿命,...     

15MnVN钢焊接结构裂纹容限的研究

根据焊接结构制造和检修的经济效益及使用安全性的要求,近年来“合于使用的焊接缺陷评定标准”相继提出,“裂纹容限”的概念也日益受到重视。但现行的计算方法是用母材宽板试验再引入焊接因素的影响,因而所得结果差异较大。本文通过具有不同尺寸焊前予制裂纹的焊态宽板拉伸试验,做出了屈服强度为45kg级的国产15MnVN钢穿透裂纹尖端张开位移(COD)与应变(e)的关系曲线,分析了各种裂纹长比板宽(2a/W)不同的宽板试件在载荷作用下的屈服状态,确定出可以直接用于焊接结构的裂纹容限计算公式。同时利用声发射装置监视了处于焊接残余应力场中并经受热应变时效作用的裂纹开裂情况。     

钢桥面板钻孔工艺对止裂效果的影响分析

考虑实桥顶板角焊缝疲劳裂纹止裂孔的钻孔角度、钻孔偏心角度和钻孔深度,建立了顶板与U肋有限元模型,得到了桥面板顶板顶面与底面止裂孔两侧的应力分布情况。从孔边应力与裂纹扩展速率两个方面,对比不同参数下的止裂效果,提出了钻孔工艺参数的建议范围。研究结果表明:为了避免加速裂纹扩展,建议钻孔角度为0°~25°;对于焊趾裂纹,为了保证止裂孔孔周应力分布均匀,建议钻孔偏心角度为-15°~30°;对于未贯穿止裂孔,钻孔深度较浅时,其内侧应力较大且底面应力分布不均匀。     

钢箱梁疲劳裂纹钻孔止裂修复的影响因素

考虑了钢箱梁疲劳裂纹止裂孔的孔径、位置、角度等参数,建立了线弹性有限元实体模型,得到钢箱梁疲劳裂纹钻孔孔边及沿孔边厚度方向的应力变化,对比了不同参数下钻孔止裂的效果,给出了钻孔止裂修复的影响因素.依据不同打孔参数下孔边应力降低程度,建立了止裂孔参数影响因素的比重关系.研究结果表明:过于增大止裂孔的孔径对止裂效果的提高并不明显;孔边的表面应力比孔内的应力大25%左右,裂纹更容易在表面萌生.分析结果表明:止裂孔的打孔位置应在裂纹边缘中心,并且止裂孔存在偏心或一定角度时,能够改善孔边应力的分布,进一步降低孔边应力的集中,具有更好的止裂效果.     

钢桥面板顶板角焊缝疲劳裂纹钻孔孔位分析

结合钢箱梁局部模型试件,针对顶板角焊缝处表面裂纹进行钻孔止裂,进行止裂孔孔周应力计算,分析了不同孔位对止裂效果的影响并提出了合理止裂孔位,最后结合实际工程中止裂孔孔径应用情况,研究了合理止裂孔位与孔径的关系。分析结果表明,止裂孔没有改变构件整体应力变化趋势,孔边存在很大的应力降,但有应力台阶现象;孔位在0.5D(D为孔径尺寸)更远后,裂尖与孔边之间出现高应力、大应力降连接段,合理止裂孔位为0.5D,孔径大小对合理孔位与孔径的系数没有影响;止裂孔在裂纹尖端外情形下,孔径较小时,最大应力点还在裂纹尖端,孔径较大时,最大应力点在裂纹侧孔边,且离裂纹尖端越远,孔两侧最大应力差越小。     

腐蚀疲劳裂纹扩展的马尔可夫链模型及实验验证

在腐蚀环境下对LY12CZ铝合金试验件进行疲劳裂纹扩展实验,通过高倍显微镜观测并记录裂纹长度及相应的循环数。基于腐蚀条件下疲劳裂纹扩展数据的分散性及统计特性,提出用马尔可夫链模型模拟腐蚀疲劳裂纹的扩展,建立腐蚀疲劳裂纹扩展规律的概率模型,得到给定疲劳寿命时的裂纹超出数概率分布和给定裂纹长度时的疲劳寿命累积概率分布。将模拟结果与实验结果进行比较表明:马尔可夫链模型能够相当好地描述腐蚀疲劳裂纹扩展规律,为飞机结构的寿命预测提供参考。     

铁路钢桥节点既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命

为评估服役中铁路钢桥由于环境腐蚀作用产生初始裂纹后的剩余疲劳寿命,对列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处在环境腐蚀形成初始裂纹后的疲劳裂纹扩展寿命进行研究。以铜九(铜陵—九江)线鄱阳湖铁路钢桥为背景,基于子模型法的多尺度建模方法,运用通用有限元软件建立铁路钢桥整体壳体模型和节点横梁处含初始裂纹的精细网格划分的实体模型,获得了在列车行走荷载作用下铁路钢桥节点横梁处的精确动应力响应;基于断裂力学的四参数Forman公式对铁路钢桥在4种不同初始裂纹长度下的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命进行了评估与对比,并对有无环境腐蚀作用下的疲劳裂纹扩展寿命进行了对比分析。结果表明:基于子模型法的壳-实体多尺度建模方法既可以满足大型复杂结构在数值计算过程中的计算效率,又能够满足评估疲劳寿命计算所需的精确动力响应要求,可以精确评估铁路钢桥腐蚀疲劳裂纹扩展寿命;铁路钢桥既有腐蚀疲劳裂纹扩展寿命主要产生在小裂纹扩展阶段,计算得到0.5mm初始裂纹扩展到10mm时需要循环484 509次,占总扩展寿命的50.2%;铁路钢桥疲劳裂纹扩展寿命受环境腐蚀的影响非常大,其比无腐蚀疲劳裂纹扩展寿命降低79%左右。研究结果可为预测疲劳裂纹发展趋势、评估铁路钢桥剩余寿命和评定结构的安全性与运营能力提供参考。     

无砟轨道W1型弹条疲劳性能的试验研究

高速铁路弹条在实际工作中会承受反复多变的载荷作用,随着时间累积,弹条会发生疲劳断裂。为研究高速铁路弹条(W1型弹条)在载荷作用下的疲劳性能和疲劳寿命,将W1型弹条放置于MTS810伺服液压试验机上进行载荷分别为(25±7.5) kN、(25±10) kN、(25±12.5) kN 3种试验方案的疲劳试验,首先通过疲劳试验数据计算弹条的疲劳可靠度寿命和疲劳寿命,绘制W1型弹条在不同可靠度下的载荷与疲劳寿命(lgF_a-lgN)直线并对其进行线性拟合,根据不同可靠度的要求,可以计算和预测W1型弹条在3种试验方案下的疲劳寿命,然后对弹条断口进行电镜扫描分析,得出弹条断裂类型为韧性断裂。     

复合材料修复含中心裂纹铝合金薄板和厚板破坏模式研究

采用T300碳纤维增强环氧树脂复合材料补片单面修复含中心裂纹铝合金(LY12CZ)板,板厚为1.76mm和5.20mm.测试了修复试件准静态拉伸和疲劳性能,分析了修复试件的准静态和疲劳破坏模式,考察了裂纹长度对修复效果的影响.结果表明:厚度为1.76mm修复试件的拉伸破坏是由补片与铝合金板之间的胶黏剂层脱粘控制,而厚度为5.20mm修复试件是由铝合金板中的裂纹扩展控制.对于厚度为1.76mm修复试件,其准静态拉伸性能随裂纹长度增大而降低,而疲劳性能随裂纹长度增大而提高.然而,厚度为5.20mm修复试件的准静态拉伸和疲劳性能均随裂纹长度增大而降低.     

多向热应力作用下耐热钢材料热疲劳强度的试验研究和寿命推算

多向应力作用下的金属材料热疲劳问题．在７０年代初，日本学者平修工，井上达 雄等人曾进行过研究，提出了用当量应变范围评价多向应力作用下的热疲劳寿命方法． 作者在此基础上．对合金材料ＧＨ３６在较大应变范围下的热疲劳问题进行了研究。 试验机为热裂型．瞬时应力和应变用有限元法求出，然后定出裂纹萌生点的当量应变 范围。结果表明；在相同的当量应变范围，裂纹长度小于０．２ｍｍ；热疲劳寿命比当 量温度下的高温低周疲劳寿命低；当裂纹长度等于０．２ｍｍ，热疲劳寿命与当量温度 下的高温低周疲劳寿命相同。     

动车组车轮辋裂损伤容限和剩余寿命评估

针对我国某型动车组车轮在实际线路发生的辋裂损伤，在全面失效分析的基础上，揭示了车轮辋裂失效机理；以车轮材料裂纹扩展试验数据为基础，结合Franc3D仿真分析软件对车轮内部缺陷进行裂纹扩展仿真计算.仿真结果表明:车轮内部缺陷尺寸及分布均对车轮滚动接触疲劳寿命产生影响，缺陷尺寸越大，分布位置距车轮最大应力区越近，车轮疲劳寿命越短.该车轮的损伤容限为3mm，与标准中失效判据3mm一致，给出了目前我国铁路车轮辋裂失效探伤标准(3mm横孔当量大小)的理论依据.     

基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别技术

针对疲劳裂纹难以定量识别的问题,提出一种将主成分分析（PCA）和粒子群优化的最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）相结合的建模方法,通过建立漏磁信号与疲劳裂纹宽度、深度之间的非线性映射关系,对疲劳裂纹宽度、深度进行定量识别.搭建漏磁检测系统,采用疲劳拉伸试验制备一系列疲劳裂纹样本,通过疲劳裂纹漏磁定量识别实验,建立漏磁缺陷样本库,对基于PSO-LSSVM的疲劳裂纹漏磁定量识别方法的可行性进行验证.结果表明,该方法能够有效定量识别尺寸小于1 mm;疲劳裂纹的宽度、深度,误差在0.1 mm左右.      

基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。     

Qualitative and quantitative characterizati ons of fracture surfaces of AL6XN super-austen itic stainless steel fatigued at different stress amplitudes

Fracture surface features of the AL6XN super-austenitic stainless steel fatigued at different stress amplitudes were observed by SEM and quantitatively analyzed by a fractal method.It was found that th...     

基于DBSCAN算法与GMM 理论的铝合金板孔边疲劳裂纹萌生监测

针对航空结构中多孔铝合金板在疲劳载荷作用下的孔边裂纹萌生监测问题,以光纤传感系统为基础结合小波分解、含噪声的密度空间聚类以及高斯混合模型,提出了一种孔边裂纹萌生监测方法。首先以光纤光栅传感系统采集循环加载条件下多孔铝合金板孔边裂纹萌生至结构断裂全程中孔边微应变并构建孔边微应变曲线。对孔边微应变曲线进行小波分解,得到微应变曲线的低频分量与高频分量,并以低频分量最小值及高频分量突变作为孔边裂纹萌生特征。在分析裂纹萌生时引入DBSCAN 算法与GMM 理论用于计算孔边裂纹萌生时的疲劳加载循环数并进行比较与分析得到多孔铝合金板孔边主裂纹的萌生位置以及孔边主裂纹裂纹萌生时的疲劳加载循环数。试验结果表明:此监测方法能够准确定位出孔边主裂纹的萌生位置,计算孔边主裂纹萌生时的疲劳加载循环数,且疲劳加载循环数计算误差在5%以内。在未来可应用于全机地面疲劳试验、结构健康监测等多种场景。     

激光局部强化40Cr钢的缺口疲劳寿命分析

运用弹塑有限元法对４０Ｃｒ钢经激光局部强化前后材料的缺口局部应力应变场进行理论分析，对于强化层内存在的残余压应力按初应力考虑计及其对疲劳裂纹萌生的影响。建立其与萌生寿命之间的宏观规律，为强化材料的寿命估算提供依据。     

光滑试样疲劳短裂纹的形成与扩展

对两种晶粒尺寸的中碳钢光滑试样进行了旋转弯曲疲劳试验；应用复型技术监测了短裂纹形成与扩展过程，研究了晶粒尺寸对短裂纹行为的影响。结果表明：裂纹形成几乎贯穿于整个疲劳过程；裂纹形成寿命小于失效寿命的１０％；表面长度小于２ｍｍ的短裂纹扩展寿命占整个疲劳寿命的８５％以上；晶粒尺寸和微观结构对短裂纹形成和扩展都有很大影响。     

脉冲电流下对AL6061合金进行熔孔止裂与愈合的仿真研究

Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。本文在既有的实验基础上建立单边预制裂纹缺口模型,采用有限元仿真手段,进行了热-电-力三场耦合数值模拟,计算不同参数下裂纹区域的电场、温度场和应力场分布。使用“生死单元”法模拟止裂熔孔的产生,并获得了不同几何、物理参数下止裂熔孔尺寸变化的规律。结果表明：焦耳热形成的止裂熔孔降低裂尖的集中应力,抑制裂纹扩展,裂纹区域高温区与基体常温区形成温度梯度相互约束产生巨大的热压应力促使裂纹宽度减小,进而直至愈合;初始熔孔尺寸与裂纹长度成正比、与板厚成反比,最佳尺寸直径为0.1mm以内;电流值和电流加载时间均能控制熔孔生长,电流值一定时,当时间达到0.12s形成的熔孔尺寸超出最佳止裂尺寸范围。研究成果为特定金属材料的裂纹止裂与愈合提供了机理参考和仿真方法。     

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。