初始损伤对焊接节点疲劳性能的影响

为研究焊接节点的初始损伤对疲劳寿命和损伤演化的影响规律,从损伤力学角度引入了基于裂纹尺寸的损伤变量,介绍了两种常用的疲劳损伤演化模型:Chaboche模型和Lemaitre模型,并分别基于两种演化方程探讨了初始损伤对疲劳寿命和损伤变量的影响,提出了基于初始损伤疲劳寿命折减系数的概念. 以非承载角焊缝焊接节点为例得到了焊接节点在不同初始损伤情况下的疲劳寿命折减系数和疲劳损伤曲线.结果表明:当初始损伤分别小于0.055和0.002时,在Chaboche模型和Lemaitre模型中可以忽略其对疲劳寿命的影响,Lemaitre模型比Chaboche模型对初始损伤的影响更为敏感,推荐采用Chaboche模型来描述焊接节点的疲劳损伤演化.      

外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响

为研究外物损伤（FOD）与25CrMo4钢疲劳性能的关联，采用空气炮装置开展高铁车轴钢试样的FOD模拟试验. 首先于试样表面预制FOD缺陷；其次，通过旋转弯曲疲劳试验获得光滑试样和含FOD试样的应力-疲劳寿命（S-N）曲线；同时，基于有限元方法估算不同缺陷试样的应力集中系数，结合Peterson公式预测疲劳缺口系数（FNC）和疲劳极限. 研究结果表明:FOD车轴钢试样的疲劳性能明显低于光滑试样，冲击速度越高，疲劳性能越低；其中边缺陷的疲劳缺口系数最大为1.52，面缺陷最小，约为1.14，但疲劳寿命分散性较大；与试验结果相比，仿真模拟和理论计算可获得更低（偏于保守）的疲劳强度估算值.      

疲劳损伤的非线性累积模型及其应用

通过定义单个载荷循环所造成的疲劳损伤量，给出了一个适合于对过程进行模拟分析的非线性疲劳损伤累积模型，通过对多级载荷下的疲劳寿命分析结果与实验数据的比较，证明该损伤模型能够正确反映载荷次序效应等疲劳累积损伤规律，作为该模型的应用，本文采用计算机仿真方法进行了随机载荷作用下的起重机焊接箱形梁的疲劳寿命分析。     

耦合损伤时相关疲劳失效模型的有限元实现

为了将耦合损伤时相关疲劳失效模型移植到有限元软件ABAQUS中,使其能够对钎料合金简单结构试样的非比例多轴低周疲劳失效行为进行有限元模拟,通过ABAQUS提供的材料子程序UMAT对其进行了有限元实现,并通过典型算例对简单结构试样在非比例加载路径下的低周疲劳失效行为进行了有限元数值模拟.与相同加载路径下的实验结果比较表明:移植的模型能够较好地模拟钎料结构试样的载荷响应及载荷随循环周次的衰减,同时也能较好地预测其低周疲劳寿命,说明该疲劳失效模型的有限元移植是合理有效的.     

轮轨疲劳损伤模拟实验研究及展望

轮轨的疲劳损伤严重影响高速重载铁路运行安全,其研究受到广泛的关注和重视.本文总结了目前轮轨疲劳损伤行为的主要研究方法,指出了模拟实验是研究轮轨疲劳损伤的一种重要手段;介绍了西南交通大学轮轨摩擦学课题组利用轮轨模拟试验机开展的系列国产轮轨材料疲劳损伤模拟实验结果,分析了影响轮轨表面疲劳裂纹损伤的关键因素,阐明了轮轨材料次表面疲劳损伤的形成与扩展规律,初步研究了低温环境对轮轨材料疲劳损伤行为的影响;最后,展望了复杂服役工况(高寒、高温、高湿、雨雪、风沙、雾霾、柳絮)下我国轮轨材料疲劳损伤研究未来需深入开展的研究内容.      

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。     

表面状态对60Si2CrVAT弹簧钢疲劳性能的影响

对表面脱碳与喷丸状态不同的60Si2CrVAT弹簧钢进行了疲劳性能对比试验,结果表明:860℃-50min加热,试样表层形成约0.1mm的脱碳层,但未观察到对疲劳寿命产生明显影响;适度喷丸在试样表层形成压应力使疲劳寿命大大提高;过度喷丸虽使表面粗糙度减小,但使表层材料受到损伤,因此疲劳寿命平均值降低.     

微动对车轴钢疲劳性能的影响

针对铁道轮轴间微动损伤的特点,设计了能够模拟过盈连接在旋转弯曲载荷下微动损伤问题的试样轴和试样套管．在实物车轴的特定位置切割试样,加工制作了常规疲劳试样和微动疲劳试样,并采用温差法组装微动疲劳试样的轴和套管,然后借助四点旋转弯曲疲劳试验机,通过单点法试验得出了该车轴钢的常规疲劳寿命（S—N）曲线和微动疲劳寿命曲线．结果表明,微动显著降低了车轴钢的疲劳极限,并且微动疲劳试样均在轴套配合的边缘断裂．     

传统疲劳经验公式的损伤力学解释

一般认为传统的疲劳方程为一经验公式,无法解释其力学含义.采用损伤力学方法研究梁的弯曲疲劳问题,分别以初始无损伤时的应力幅值和损伤材料的有效应力(或有效应变)幅值作为损伤演化的控制量,推导出相互等价的疲劳裂纹形成寿命的工程封闭公式.发现二者均与传统的疲劳经验公式等价,表明传统的疲劳方程可由损伤理论导出,从而赋予传统的疲劳经验公式损伤力学意义下的解释.     

考虑横观各向同性疲劳损伤的沥青路面数值模型

为研究车辆荷载作用下沥青路面的疲劳损伤问题,假定路面结构内受拉区的疲劳损伤横观各向同性,推导了沥青路面考虑横观各向同性疲劳损伤的本构方程.采用FORTRAN语言开发了材料子程序UMAT,结合有限元分析软件ABAQUS,得到了沥青路面的横观各向同性疲劳损伤数值分析模型.通过对该模型在不同荷载下的疲劳寿命分析,建立了荷载-疲劳寿命曲线,与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性,并分析了损伤度及水平拉应力在路面结构内的分布规律.研究结果表明:疲劳损伤主要分布在基层底面双轮中心线附近,该位置最先产生疲劳裂纹,随着荷载作用次数增加,受损区水平拉应力在减小的同时,分布规律也发生了很大的改变,其最大值位置沿道路竖向从基层底面向上移动,沿道路横向从双轮中心线位置往两侧移动;本文方法得到的路面疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差在4.57%~9.82%之间.      

基于疲劳累积损伤的弹塑性裂纹扩展分析

根据裂尖疲劳损伤累积导致材料破坏的观点,发展了一个弹塑性疲劳裂纹扩展模型. 假设在裂纹前缘HRR场内存在一个高应变区,该区长度x*等于材料常数D、其塑性 变程是△尹,由N区朋on公式求出对应于△a*的疲劳破坏循环数N白,则疲劳裂纹扩 展速率就是x‘/N,。新模型建立了材料低周疲劳特性与弹塑性裂纹扩展规律之间的 联系。由模型计算得到的弹塑性裂纹扩展速率与实验结果的比较表明,二者吻合良 好。      

运用损伤力学理论预测沥青混合料的疲劳性能

运用Alliche A和Francois D提出的分析水泥混凝土疲劳损伤的力学模型计算沥青混合料的疲劳性能，将计算结果与试验结果进行比较发现，其结果与试验值相差非常大。造成这一差别的原因与模型中参数的取值有关，更主要的原因是沥青混合料的损伤演变律并不一定遵循简单的直线关系。对原损伤演变律进行了修正，运用修正的损伤演变律对计算模型进行了推导。经验证，修正的模型的计算结果与试验结果比较接近，可用于预测沥青混合料的疲劳性能。     

沥青混凝土路面水破坏的疲劳损伤模型研究

结合路面取心实验,利用CT技术对沥青混凝土水破坏机理进行研究.实验表明:在无水状态的疲劳实验中沥青基质面积率略有增大,而在饱水状态沥青基质面积率减少;定义沥青混凝土中空隙增长为损伤变量,结合疲劳实验,得到不同应力水平下沥青混凝土的损伤演化方程和疲劳寿命方程,依此对某高速公路沥青混凝土路面进行水破坏分析,结果表明:该路面在无水状态下满足设计要求,但在饱水状态下,其疲劳寿命和强度将达不到设计要求.     

SBS改性沥青混合料损伤模型分析

通过SBS改性沥青混合料的单轴拉伸试验,分析了粘弹性模型与损伤模型的特性,并耦合成粘弹性连续损伤模型;从能量的角度考虑了SBS改性沥青混合料的疲劳损伤特性和损伤效应,并建立了一种与拉伸应变水平相关的疲劳损伤模型。模型与试验吻合较好,可预测不同拉伸应变水平下SBS改性沥青混合料的疲劳寿命。     

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．     

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。     

损伤局部性方法研究进展

本文综述了应用力学研究所的教师、博士后人员和研究生们将损伤局部性方法 (LDA)用于娇变损伤和低周疲劳损伤分析以及细观损伤测量中的研究成果。展望了 损伤局部性方法进一步发展的前景。      

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。     

铁道车辆天线梁的随机振动疲劳评估

引发天线梁破坏的主要原因是受到经构架端部传递的随机振动激扰.为考察天线梁在随机激扰下的疲劳可靠性,首先将结构动力学、随机振动和材料疲劳理论进行结合,研究了随机振动疲劳分析方法,在此基础上,依据标准IEC 61373,采用有限元软件ANSYS Workbench对天线梁进行随机振动仿真,最后采用Steinberg法对其应力较严重部位进行疲劳损伤评估.经分析,得到天线梁的总体损伤为0.56,满足Miner线性累计损伤准则,表明天线梁的疲劳设计符合标准的相关要求.     

水对沥青混合料疲劳寿命影响的试验研究

用冻融循环模拟沥青混合料的水损坏状态,采用劈裂疲劳试验分析对比了水对AC-25沥青混合料疲劳特性的影响。研究指标包括:破坏形式差异、疲劳寿命差异、疲劳参数差异以及级配。分析表明:经过1次冻融循环后的破坏劲度模量比未冻融时低约27%;在水损害状态下,沥青混合料的疲劳寿命较普通状态下大为缩短;且沥青混合料试样的疲劳寿命对应力水平更为敏感;沥青混凝土的抗疲劳性能从优到劣的集料级配排序为粗级配、细级配、级配中间值。