砼材料非线性多级疲劳损伤方程的建立

利用损伤力学的基本概念,在砼材料疲劳损伤方程的基础上,对砼材料的多级疲劳损伤过程进行了深入的理论分析,给出了具有独立性和连续性的多级疲劳损伤路径,推导出了砼材料的非线性多级疲劳损伤方程,方程明确的反映了加载次序对疲劳累积寿命的影响;利用此方程,笔者分析了超载对材料使用寿命的影响。     

砼材料非线性多级疲劳损伤方程的建立

利用损伤力学的基本概念,在砼材料疲劳损伤方程的基础上,对砼材料的多级疲劳损伤过程进行了深入的理论分析,给出了具有独立性和连续性的多级疲劳损伤路径,推导出了砼材料的非线性多级疲劳损伤方程,方程明确的反映了加载次序对疲劳累积寿命的影响;利用此方程,笔者分析了超载对材料使用寿命的影响．     

部分斜拉桥拉索疲劳可靠度分析

依据等效疲劳损伤原理,将车辆荷载等效为模型车辆荷载频值谱,利用蒙特卡罗法随机抽样模拟出斜拉索的应力时程,假定结构疲劳寿命服从威布尔分布,推导出疲劳可靠度公式,并以株洲市芦凇大桥主桥为实例进行了验证.     

泰州大桥钢箱梁实测疲劳应力分析

针对泰州大桥钢箱梁开展实桥疲劳应力测试,从纵桥向、横桥向及局部细节3个方面对钢箱梁疲劳受力特征进行测试。基于钢箱梁的实测应变绘制各位置处的应变时程曲线,并利用雨流计数法得到疲劳应力谱。结果表明:若以高应力幅作为疲劳开裂评价标准,则重车道下轮载对应的U肋疲劳损伤较严重,中塔附近钢箱梁顶板与U肋焊缝、弧形缺口构造的应力幅较高,且循环次数较多,需重点关注;钢箱梁不同截面疲劳细节的应力幅峰值较为接近,但各应力幅对应的循环次数存在差异;中塔附近第一根吊杆处截面测点的应力幅峰值较大,为钢箱梁易发生疲劳损伤的主要截面。在当前交通荷载作用下,泰州大桥钢箱梁各部分的疲劳寿命满足设计要求。     

压应力对疲劳裂纹闭合的影响

采用Ｄｕｇｄａｌｅ－Ｂａｒｅｎｂｌａｔｔ模型分析了压缩载荷对疲劳裂纹闭合的影响。在裂纹张开载荷和闭合载荷的确定过程中运用了解析函数形式的异积分方程理论。分析和相应的数值计算表明：（１）压缩应力对疲劳裂纺闭合的影响程度取决于压缩应力幅值与材料屈服应力之比；（２）在疲劳裂纹扩展分析中考虑压缩应力的影响是必要的。     

基于监测样本的大跨索桥疲劳应力概率分布函数的参数估计和检验

疲劳应力监测是大跨桥梁结构健康监测和安全评估的关键环节。为了对桥梁实际运营状态和应力水平有总体而全面的认识,就需要对采集的大量数据进行统计分析获取其概率分布函数。以润扬大桥结构健康监测系统记录的悬索桥钢箱梁应变时程数据为基础,分析了润扬悬索桥半年内疲劳应力谱的特征．基于监测得到的应力谱样本进行了疲劳应力幅概率密度函数的参数估计和检验,拟合得到疲劳损伤增量的概率密度函数。研究结果表明：目前润扬桥应变监测部位的等效应力幅较低,最大应力幅远未达到引起疲劳损伤的阎值：半年应变样本的相对疲劳损伤增量服从对数正态分布或者Weibull分布;且以监测数据分析得到的相对疲劳损伤增量所得到的可靠度指标较高,失效概率较低,与当前工作应力状态较低的现状相吻合。     

海洋工程用钢疲劳寿命与CTOD值关系的研究

通过对钻井平台上所用高强钢EQ70进行了韧度和疲劳性能的试验研究,得出了反映其韧度指标的裂纹尖端张开位移(CTOD)值和不同交变载荷下疲劳寿命值呈近似的线性关系.在应力幅值ΔP一定的情况下,疲劳寿命值N随着CTOD值的增大而增大,并且在高应力幅的时候,对数疲劳寿命和CTOD值有比较好的线性关系,最后还从微观意义上解释了产生这种关系的原因.     

多轴非比例加载下低周疲劳损伤模型

本文用连续损伤力学方法分析了多轴非比例加载下的低周疲劳损伤累积和演化过程,并导出了预测非比例加载下低周疲劳寿命的Coffin-Manson型的修正公式。     

混凝土材料疲劳损伤方程的建立

损伤学是６０、７０年代以来，固体力学的一个新的发展方向，笔者利用损伤学的基本概念，对混凝土的疲劳过程进行了理论分析，提出了实际应力比的概念，讨论了疲劳过程中实际应力比的变化规律，并由此定义了疲劳损伤变量，     

预应力CFRP板加固钢板受拉疲劳性能试验研究

为较好地预测预应力碳纤维材料(CFRP)板加固钢结构的疲劳性能,采用考虑有效应力强度因子幅的Pairs公式,分析了粘贴预应力CFRP板加固钢板的疲劳裂纹扩展行为.通过粘贴CFRP板的含中心孔的预制裂纹钢板的疲劳试验,分析了应力比、CFRP板刚度、预应力及粘结胶性能等因素对疲劳裂纹扩展的影响.试验结果表明:加固后结构的疲劳寿命提高16倍以上,疲劳寿命的理论分析结果偏于保守;预应力是疲劳寿命的主要影响因素,而CFRP板和粘结胶性能的影响有限;应力比埘疲劳寿命的影响很大,因此,对交通荷载的正确预估是加固能否取得成功的基础.     

钢桥面板顶板与纵肋连接焊根位置疲劳损伤特征

针对闭口肋正交异性钢桥面板顶板焊根处疲劳裂纹处于纵肋内部, 不易发现与危害大等问题, 根据所处位置的不同, 将顶板焊根疲劳细节分为横隔板节间内(RD细节) 和跨横隔板截面(RDF细节) 2种类型, 采用有限元方法分析了2种细节的应力影响面, 考虑了轮迹横向概率分布、多轴轮载作用以及铺装与桥面板相互作用等影响, 研究了2种细节的疲劳损伤特征。分析结果表明: 当轮载作用于目标细节正上方时为最不利状态, 纵桥向轮载中心移至目标细节前后0.6m范围内应力较大, 横桥向2种细节的轮载影响均在1.0m范围内; 考虑轮迹横向分布影响, 简化计算时, RD、RDF细节的等效应力幅横向折减系数可以分别取0.92、0.96;在双、三联轴作用下, RD细节的损伤度分别是单轴荷载的2.10、3.21倍, 若近似采用单轴叠加, 所得损伤度可能偏于不安全, 建议寿命评估时考虑车辆类型影响; 计入铺装与桥面板相互作用后, 细节处应力幅明显降低, 顶板厚度为12mm的铺装模型焊根处应力幅几乎与16mm厚的钢桥面板相当, 且降低程度随铺装弹性模量的增大而增大; 对于45°扩散角简化铺装扩散模型, 当顶板厚度不小于16mm时, 其应力幅小于同时考虑铺装扩散作用与铺装刚度贡献的实体模型, 且差值随顶板厚度的增加而增大, 简化时需要考虑其适用范围, 否则会偏于不安全; 当顶板厚度为18mm且考虑铺装作用时, 2种细节疲劳寿命满足设计使用寿命要求, RDF细节疲劳寿命约为RD细节的67%, 较为不利。      

基于修正Neuber方程的沥青路面裂缝形成疲劳寿命预估方法

为预估沥青路面裂缝形成疲劳寿命,根据局部应力-应变理论,通过直接拉伸疲劳试验,建立了沥青混合料的真实应力-应变循环曲线,运用Neuber方程将名义应力、应变转换为局部应力、应变,对循环曲线和Neuber方程进行修正,以符合平面应变问题。通过等应变疲劳试验,建立了沥青混合料的疲劳寿命方程,提出了沥青路面裂缝形成寿命预估方法。根据应变疲劳寿命曲线可合理计算沥青混合料疲劳损伤,由累积损伤可求得沥青路面裂缝形成疲劳寿命。     

富水条件下沥青混凝土疲劳性能试验研究

根据厚沥青面层自身的受力特点,采用应力控制模式对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混凝土进行无水和富水条件下间接拉伸疲劳试验,得到不同应力水平作用下的疲劳试验结果,回归建立了应力-疲劳方程,并从疲劳寿命、疲劳方程特征参数、疲劳破坏形态等方面分析了水对沥青混凝土疲劳性能的影响.研究结果表明,在相同的应力水平作用下,富水沥青混凝土疲劳寿命仅约为无水沥青混凝土的24%～30%;沥青混凝土的应力水平与疲劳寿命在双对数坐标中呈现较好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;富水状态下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,充分证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土富水状态的合理性.     

基于累积损伤因子的水泥混凝土路面设计(英文)

考虑荷载疲劳应力和温度疲劳应力的综合疲劳方程,计算了单轴单轮及单轴双轮轴载的覆盖通行率,利用累积损伤因子替代标准轴载在交通量换算中的作用,提出了直接计算各级轴载对路面结构总的累积疲劳损伤方法和新的水泥混凝土路面设计方法,并采用两组交通量对轴载累积损伤量的计算方法的准确性与可行性进行了验证。分析结果表明:公路横断面上各点处轴载的作用次数是不同的,各级轴载的累积疲劳损伤峰值不一定在同一位置,利用基于累积损伤因子的水泥混凝土路面设计方法计算得到两组交通量下路面的最不利位置厚度均为22cm,符合设计要求,其他位置厚度可按累积损伤曲线相应减小,此设计方法避免了现行规范基于标准轴载和疲劳耗损等效原则的水泥混凝土路面设计方法与路面实际损伤中存在的差异及轴载换算方法的局限性。     

沥青混合料疲劳损伤机理研究

在根据应力等效假设提出沥青混合料疲劳损伤参量的基础上,通过对常应力小梁弯曲疲劳试验数据的分析得出：不同试验条件下的沥青混合料弯曲疲劳试件的损伤累积过程都具有相同的变化规律,即随着加载次数的增加,沥青混合料的累积损伤量不断增大．累积损伤曲线的突变点就是沥青混合料达到疲劳破坏的标志。     

基于疲劳等效的钢桥面铺装体系轴载换算方法

针对钢桥面铺装设计必须控制的疲劳和车辙主要破坏形式,提出了钢桥面铺装结构设计的疲劳指标与车辙指标,遵循疲劳和车辙等效轴载换算原则,应用疲劳等效原理,推导出基于疲劳等效的钢桥面铺装体系轴载换算公式。根据室内疲劳试验及力学分析结果,确定了该公式中的换算指数和其他轴型与轮组轴载换算为单轴双轮组的轴载换算系数。结果表明,对于钢桥面浇注式沥青混凝土铺装体系的轴载换算指数为4．35,对于钢桥面改性沥青SMA铺装体系的轴载换算指数为5．30,对于钢桥面环氧沥青混凝土铺装体系的轴载换算指数为6．25,在钢桥面铺装设计与验算中,经换算其结果较为精确、可行。     

高速动车组转向架端部悬挂件对构架应力的影响

为了探究高速动车组转向架端部悬挂件对构架应力的影响规律,依据UIC 615-4标准,对转向架构架与端部悬挂件进行了有限元仿真,校核了构架疲劳强度;开展了实际运营条件下的跟踪测试试验,分析了不同位置测点应力的时、频域特征,计算了等效损伤;结合模态计算探讨了转向架端部悬挂件对构架侧梁端部应力状态产生较大影响的成因。分析结果表明:依据标准计算的弹簧帽筒区域的疲劳强度满足要求;远离辅助安装座区域的弹簧帽筒测点,实测最大等效损伤为0.01,靠近辅助安装座区域的弹簧帽筒测点,实测最大等效损伤为0.45,明显高于远离辅助安装座区域的测点;对于靠近辅助安装座区域的弹簧帽筒测点中,弹簧帽筒外侧测点即更靠近辅助安装座区域测点的等效损伤均高于内侧测点,二者等效损伤最大相差84.16%;实测数据存在38 Hz的主频,与辅助安装座和构架连接整体的第4阶模态接近,结合实测数据时频分析结果证明,车辆行驶与轨道不平顺波长共同作用产生的激扰,激起了辅助安装座和构架连接整体的第4阶模态,发生P₂共振导致弹簧帽筒区域产生过大应力。      

基于有限元仿真车轮多轴疲劳强度分析

基于UIC510-3规程和热负荷试验,确定了车轮疲劳强度分析的计算载荷工况,采用有限元方法数值模拟了运行状态下车轮的应力变化规律,进行了车轮疲劳强度评定．采用最大主应力方法将多轴应力状态转化为单轴应力,通过Haigh—Goodman疲劳极限方程,得出机械载荷下车轮辐板孔的疲劳强度满足要求;采用Goodman方程,将制动热负荷产生的零．拉脉动循环转化为对称循环,根据辐板材料的S-Ⅳ曲线评价,得出单纯制动热负荷下辐板孔满足疲劳强度要求;提出制动热应力与机械波动应力的叠加方法,采用Miner法则预测机械载荷与制动热负荷组合作用下辐板孔裂纹的形成寿命．由不同载荷下车轮疲劳强度的评价结果,判断出导致辐板孔边裂纹形成的载荷因素是机械载荷与坡道制动的综合作用．     

疲劳荷载作用下箍筋行为的分析与计算

本文根据２１片部分预应力混凝土Ｔ梁疲劳试验结果,分析了在重复荷载作用下箍筋的应力变化情况以及变幅荷载对箍筋应力的影响。提出了用瞬时荷载下箍筋的总应变做为箍筋损伤的量度;利用等损伤原则,从而沟通了变幅荷载与常幅荷载之间的关系。所建议的各个公式与国内外现有试验结果比较均有较好的吻合性,可供修订规范及设计参考。      

铝合金缺口试样疲劳寿命预测新方法研究

借鉴基于断裂力学的Walker裂纹扩展公式的形式,对主ΔSs-N方法中的裂纹扩展公式进行修正,得到一种新的考虑了平均应力影响的等效结构应力ΔSg.由于焊接结构中存在着高值残余应力,平均应力对于焊接接头的疲劳寿命影响并不显著,但对于非焊接缺口件,平均应力的影响是显著的.对11种铝合金缺口试样进行有限元分析,建立以ΔSg为参数的ΔSg-N曲线族,并对得到的数据进行二元线性回归分析,得到不同置信度下的主ΔSg-N曲线.将其与试验得到的以名义应力S和等效结构应力ΔSs为参数的ΔSs-N曲线族进行对比,发现ΔSg-N曲线存在着良好的归一性.