疲劳破坏主裂纹的分形分析

通过实验分析得到的在不同应力循环次数下疲劳破坏试件的主裂纹.发现形成疲劳破坏断口的主裂纹随着应力循环次数的增加,主裂纹形成、发展并具有分形行为;当循环次数增加到一定值时,主裂纹的分形维数随着循环次数增加而减小;当发生疲劳破坏时,主裂纹的分维数近似等于1,对应的应力循环次数是灾变点.     

滚动方向对CL60车轮材料接触疲劳损伤的影响

为研究车轮滚动方向对车轮材料接触疲劳损伤的影响机制，利用WR-1滚动磨损试验机进行了车轮单向和双向运行滚滑磨损试验，使用光镜和扫描电镜分析了试验后车轮试样的表面磨损形貌、剖面疲劳裂纹形貌及磨屑尺寸，探究了换向运行工况下车轮表面损伤、裂纹扩展、磨屑尺寸随反向循环次数的演变规律. 研究结果表明:车轮表面损伤以起皮剥落为主，反向循环次数从1万次增加到12万次时，初始剥落逐渐消失，继而形成与原滚动方向相反的新剥落，相同循环次数下改变车轮滚动方向有利于减轻车轮材料疲劳损伤；车轮换向改变了表面微裂纹的扩展方向，形成4°～8° 的反向疲劳裂纹，并出现了裂纹扭曲和分支现象；单向滚动时，随循环次数增加，磨屑尺寸先增大后减小，反向后磨屑厚度先增大后减小，反向1万次时，磨屑厚度增大到10～12 μm，为单向时的两倍.      

钢筋混凝土界面疲劳裂纹扩展模拟研究

界面脱粘是钢筋混凝土材料与结构的主要失效形式之一。基于剪切筒模型和常用疲劳加载方式，首先建立了循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力的计算模型；然后根据断裂脱粘准则，借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式，得到了脱粘界面疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及脱粘界面上摩擦系数与循环加载次数的关系；最后对处于循环荷载作用下的钢筋与混凝土界面进行裂纹扩展的模拟计算与分析。结果表明。摩擦系数的衰减程度是影响界面脱粘应力大小及裂纹扩展快慢的主要因素，而且材料的尺寸效应对界面疲劳特性的影响也不容忽视。     

破碎能耗的分维数

利用分形和分维数基本概念，导出破碎粒度分布的分维数和分裂比、粉碎概率互相存在的简单关系，从能耗与表面积相关出发，推出单位体积破碎能耗与粒度分布的分维数的相关性；当破碎粒度分布的分维数小于1，破碎能耗呈现自然分形的特征．     

车轴疲劳裂纹扩展寿命可靠性分析方法

首先对变幅应力下构件的疲劳裂纹扩展过程进行了研究；然后，考虑应力、强度等因素的分散性，应用Paris公式和可靠性理论，推导出变幅应力下构件疲劳裂纹扩展寿命可靠性计算公式，并进行了可行性验证；最后，利用此公式对RD2轴的疲劳裂纹扩展寿命和检修周期进行了可靠性分析．     

高速列车车轮踏面滚压强化有限元分析

为提高镟修后高速列车车轮踏面强度和使用寿命，进行了车轮踏面滚压强化过程的数值模拟，并对滚压强化的工艺参数进行了优化. 以CRH3高速列车车轮为研究对象，建立了滚压轮-车轮-钢轨三维滚动接触有限元模型；通过计算不同滚压轮尺寸、滚压力及滚压道次对车轮踏面残余应力和等效塑性应变场分布的影响来分析滚压强化机理；采用Borrow-Miller准则修正的Manson-Coffin公式计算了滚压后轮轨接触时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命，进而对车轮踏面滚压强化工艺参数进行优化. 研究结果表明:随着滚压力的增加，车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命先增后减，且随着滚压道次的增加而下降，即滚压道次的增加反而会降低车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命；滚压道次的增加对残余应力的影响不大，滚压轮圆弧半径的增加会导致疲劳裂纹萌生寿命小幅度增大；综合考虑，以滚压道次为3次、滚压力为1 kN、滚压轮圆弧半径为6 mm时的滚压效果最佳，此时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命可提升约58%.      

锈蚀钢筋混凝土梁开裂的分形特征

基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验,分析了相同类型5片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征,证明了构件裂缝分布具有分形特性,在此基础上,利用分形理论研究了锈蚀钢筋混凝土梁开裂及破坏过程,讨论了裂缝分维数与荷载、跨中挠度及钢筋锈蚀率的关系．试验结果表明：随着试验梁上作用荷载的增加,构件裂缝的分维数逐渐增大;极限荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的分维数随着钢筋锈蚀率的增加而减小．     

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理，建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型；通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程，将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中；基于扩展有限元法，在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力，其最大值接近钢材的屈服强度，焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略；后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布，在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时，需模拟多道焊缝的焊接全过程；在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下，按复合型裂纹扩展的工程准则，顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值，均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展；在多场耦合作用下，过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略；过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹；建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

磨损表面的分形特性研究

用结构函数法对试验所得的往复式滑动磨损表面轮廓曲线进行了分形维数的计算．计算结果表明。磨损表面轮廓具有统计自仿射分形特性．表面轮廓仪的采样间隔、评定长度和取样长度不会明显地影响分形维数的大小．但是当评定长度过小时．轮廓曲线的结构函数双对数坐标图会出现离散化现象．这主要是由于统计自仿射分形的统计特性所决定的．取样长度过小时．会引起分形维数测定较大的误差．     

基于分形理论的沥青路面纹理特征与抗滑性能关系

为提高沥青路面的抗滑性能,根据新疆某公路工程项目已铺筑沥青路面的实体照片和实测模向力系数,运用数字图像处理技术和分形理论研究沥青路面纹理分形维数与抗滑性能的关系,并通过室内试验探讨沥青路面纹理分形维数随车辆荷载作用次数的变化规律.结果表明:随沥青路面横向力系数的增大,路面纹理分形维数呈增大趋势;随荷载作用次数的增加,分...     

缺口应力集中对5083-H111铝合金超高周疲劳性能的影响

为正确评价超高周范围内带缺口的5083-H111铝合金疲劳强度的降低程度和疲劳强度对缺口的敏感程度,用20kHz的超声疲劳实验技术分别对漏斗形光滑试件、缺口（2种）试件进行了105~1010周次的对称拉压超声疲劳实验,并用扫描电镜分析了疲劳断口形貌。结果表明:在1010周次内,光滑和缺口试件疲劳曲线分别表现出极限平台型和连续下降型特征,缺口显著降低了5083-H111铝合金的疲劳性能;绝大部分试件疲劳裂纹萌生于表面,断口上没有观察到鱼眼形貌特征。理论应力集中系数为1.94的试件疲劳弧线成凹形,理论应力集中系数为2.90的试件裂纹源分布在断口四周;不同的疲劳裂纹萌生机制使得缺口应力集中对疲劳性能的影响规律不同,对于只有一种表面裂纹萌生机制的5083-H111铝合金,超高周范围内疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数均随着疲劳寿命的增加而增加。      

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。      

用双缺口板试件估算锅炉汽包疲劳裂纹形成寿命的研究

本文提出了用双缺口板试件在常温下的疚劳裂纹形成寿命,估算锅炉汽 包疲劳裂纹形成寿命的新方法。文中用弹塑性有限元法对缺口试件进行 了分析,还用局部应力一应变法对缺口试件的裂纹形成寿命进行了估算, 其结果与试验寿命相差在系数为2的范围以内。同时还研究了变幅低周 疲劳下缺口试件和锅炉汽包的损伤,并考虑了平均应力的影响。      

表面微喷丸对CuNi2Si合金疲劳短裂纹行为影响

在拉压载荷作用下，分别开展了CuNi₂Si合金微喷丸前后漏斗型圆棒试样的疲劳短裂纹复型试验；试验在预先确定的一系列载荷循环周次中断，以使用醋酸纤维膜对试样表面进行复型，进而采用逆序观察法获取了短裂纹萌生与扩展相关数据。分析结果表明:2种试样疲劳裂纹均萌生于试样表面，裂纹扩展受微观组织影响呈现曲折性增长, 整体表现出初期增长缓慢，后期裂纹长度迅速增长至试样断裂的趋势, 失稳扩展临界尺度约为750.0 μm; 微喷丸处理可以使裂纹增长模式由以晶间为主转为以穿晶为主，微喷丸前后断口形貌表现出巨大差异，相对未喷丸试样，微喷丸试样裂纹萌生位置呈现较大的晶体平面，无明显晶粒特征，裂纹源区面积较小，在疲劳过程中产生的纤维条纹数量较多，瞬断区韧窝形貌更为明显; 经微喷丸处理后，试样平均疲劳寿命提高约31.5倍，裂纹萌生和缓慢扩展阶段占比从整体疲劳寿命的60%增加至80%，可知微喷丸处理对于疲劳寿命的大幅提高主要体现在短裂纹的萌生和稳定扩展阶段，而这种强化效果主要受表面有效应力、硬度、晶界数目的共同影响，但该强化效果对疲劳裂纹扩展后期影响不大。      

纤维沥青混凝土低温开裂的分形研究

纤维对沥青混凝土裂缝具有抑制作用,同时,纤维沥青混凝土开裂具有分形特征,为此,通过观察在温度、荷载作用下不同纤维含量的沥青混凝土的开裂情况并提取相应的裂缝分布,应用分形维数来研究纤维沥青混凝土在低温时裂缝的生长情况,建立温度、荷载与分形维数之间的关系,从而通过分形维数的变化规律,描述纤维沥青混凝土裂缝生成及扩展过程,为纤维沥青混凝土的开裂研究提供了一种新的思路。     

纤维沥青混凝土低温开裂的分形研究

纤维对沥青混凝土裂缝具有抑制作用,同时,纤维沥青混凝土开裂具有分形特征,为此,通过观察在温度、荷载作用下不同纤维含量的沥青混凝土的开裂情况并提取相应的裂缝分布,应用分形维数来研究纤维沥青混凝土在低温时裂缝的生长情况,建立温度、荷载与分形维数之间的关系,从而通过分形维数的变化规律,描述纤维沥青混凝土裂缝生成及扩展过程,为纤维沥青混凝土的开裂研究提供了一种新的思路。     

美国焊接桥梁的疲劳设计准则

50年前,疲劳设计在美国人看来并非是一个很严重的桥梁性能问题.疲劳设计运用了限制最大应力的概念,即假定疲劳极限发生在2×106次循环荷载时,利用最小应力与最大应力的比R,限制各点的最大应力.根据道路类型与每日平均车流量,采用型号为HS-20的设计车来测定特定周期.在20世纪60年代末至70年代初,发现钢结构桥梁中存在疲...     

钢筋混凝土构件损伤演化的分形行为

根据试验资料,分析了钢筋混凝土构件在分级荷载作用下开裂及裂纹的演化、分布特性,证明了钢筋混凝土构件表面裂缝分布具有分形性质,并且不同损伤状态下构件表面裂缝的分维数与其动力特性参数之间具有良好的负线性相关关系。研究表明该分维数可作为钢筋混凝土构件损伤程度的衡量指标,从而为钢筋混凝土结构无损检测和剩余寿命评价提供了新的思路和方法。     

基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

采用多种监测技术融合手段, 对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估, 包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中, 综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域, 采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固, 并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明: PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号, 二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知, PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后, 应力水平稳定在64.8 MPa, 直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展, 验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中, PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好, 与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明: 加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍, AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布, 表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过, 冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%;对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果, 疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。