转K7型转向架副构架疲劳强度分析

在ANSYS11．0有限元软件中建立转K7转向架副构架三维模型,结合其受力特点分析计算副构架的应力分布情况,依据线路实测的转K7转向架副构架交叉拉杆载荷谱及B＋级铸钢在不同铸造缺陷系数下的S-N曲线,采用有限寿命设计理论,预测了副构架的疲劳寿命,结果表明,副构架具有较高的疲劳寿命储备,能满足运用要求．     

模拟轮载作用下钢桥面板RD节点疲劳寿命计算方法对比分析

为深入研究RD(rib-deck)节点的疲劳性能，通过模拟车轮荷载对RD节点实施中心加载，得到了相应热点应力幅下的节点疲劳寿命。采用ABAQUS建立了钢桥面板RD节点的三维实体有限元模型，在有效数值模型的基础上，分别采用热点应力法和临界距离理论对RD节点的疲劳寿命进行了对比分析。研究结果表明：同一精度网格下采用两点外推法和三点外推法得到的热点应力结果比较接近，而采用临界距离理论的点法得到的特征应力则小于线法得到的特征应力；采用国际焊接协会（IIW）推荐的FAT 90曲线得到的评估结果过于保守，而FAT 125曲线的预测结果相对接近试验值。临界距离理论相比热点应力法能得到更准确的预测结果，其中点法和线法得到的预测值与试验值分别相差17%、32%；总体而言，热点应力法和临界距离理论均能得到相对保守的疲劳寿命预测结果，两种方法用于钢桥面板典型焊接节点的疲劳性能评估是可行且偏于安全的，但点法的预测精度更高，且实际应用中也较为便捷。     

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁桥疲劳性能

为研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式，开展了波形钢腹板-钢管混凝土(CSW-CFST)桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管(CSW-ST)桁式弦杆组合梁疲劳性能试验和有限元分析；研究了CSW-CFST和CSW-ST桁式弦杆组合梁疲劳性能的异同，分析了弦杆内混凝土改善组合梁疲劳性能的本质原因，探讨了CSW-CFST桁式弦杆组合梁疲劳寿命的评价方法，并将采用美国石油协会(API)、国际管结构发展与研究委员会(CIDECT)和挪威船级社(DNV)设计标准所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命分别与试验结果进行了对比。研究结果表明:采用线性外推方式得到的CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力为二次外推方式所得的1.036倍，偏安全角度考虑，CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力宜采用线性外推求解；组合梁斜腹板段热点应力明显大于直腹板段，最大热点应力出现在斜腹板与圆弧过渡段相交处，相较于CSW-ST桁式弦杆组合梁，弦杆内混凝土能使CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力下降26.8%，但热点应力分布规律不变；建议将疲劳裂缝萌生时刻对应的反复加载次数定义为CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命；弦杆内混凝土能够延缓疲劳裂缝沿壁厚和长度方向的扩展速度，可使CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命提高61.5%，但不改变组合梁的疲劳破坏模式和疲劳裂缝类型；采用DNV所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命与试验结果间的误差最小，不超过26.4%，建议采用DNV给出的钢管相贯节点疲劳设计应力(S)-疲劳寿命(N)曲线初步计算CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命。      

桥梁桁架焊接典型热点局部应力集中的实验检测分析

阐述了具有焊接热点的桥梁桁架缩尺模型的建立,对桥梁桁架焊接热点实验测点布置、约束及加载方案进行说明;介绍了桥梁桁架缩尺模型热点应力检测分析。对桥梁桁架结构典型焊接节点区域,开展应力状态有限元测试分析,获得测区的典型局部结构应力参数值及分布状态,对桥梁桁架结构的抗疲劳提供技术研究参考。     

拉-剪应力场下全熔透十字型焊接节点疲劳寿命评估

为研究全熔透十字型焊接节点在拉-剪应力场反复作用下的疲劳损伤累积规律及疲劳寿命预测方法,选择不同倾角(0°、15°、30°、45°)全熔透承载焊缝十字形焊接节点,构建不同比例的拉-剪应力场.利用ANSYS建立有限元模型,对不同倾角下全熔透十字形焊接节点的应力分布状态及应力集中系数进行比较分析.完成4组12个比例加载时正应力和剪应力共同作用下的焊接节点疲劳试验.基于名义应力分别采用等效应力法、相互作用方程法和双参数临界面法,对全熔透十字形焊接节点疲劳寿命进行评估,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明,应力比大于0.5时,按国际焊接学会方法及Eurocode方法得到的疲劳寿命偏大,主拉应力法得到的疲劳寿命仅为试验结果的1/3,双参数临界面法和等效应力法得到的疲劳寿命与疲劳实验结果吻合较好.     

考虑残余应力释放的疲劳寿命预测方法研究

基于断裂力学理论,考虑残余应力及加载过程中的应力释放对接头疲劳性能的影响,探索不等厚对接接头疲劳寿命的预测方法.采用三维有限元理论研究不等厚板接头的残余应力分布规律,并通过残余应力释放模型和Forman公式计算加载过程各瞬态的有效应力强度因子和有效应力强度因子比,得到不等厚对接接头的疲劳寿命,将预测值与疲劳试验结果进行对比.结果 表明:不等厚对接接头疲劳寿命的预测与试验结果是一致的,该模型可用于不等厚对接接头疲劳寿命的预测.     

钢管混凝土KK型节点疲劳性能试验

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点疲劳性能,开展了CFST-KK型节点模型疲劳试验,分析了CFST-KK型节点热点应力分布规律和疲劳性能演化过程;建立了CFST-KK型节点实体有限元模型,结合试验和有限元结果,分析了CFST-KK型节点与钢管混凝土K(CFST-K)型节点疲劳性能的差异性;研究了不同参数对KK型节点疲劳性能影响,探讨了适用于CFST-KK型节点疲劳寿命的评价方法。研究结果表明：采用二次外推方式计算的CFST-KK型节点,最大热点应力位于受拉支管相贯焊缝的主管侧冠点偏外鞍点15°处;计算CFST-KK型节点应力集中系数时,支管名义应力可仅考虑轴力和面内弯矩的影响而不考虑面外弯矩的影响,其应力集中系数为6.36,比CFST-K型节点大80.2%;CFST-KK型节点的疲劳裂纹萌生于最大热点应力处,在反复加载过程中裂纹沿焊趾根部向两侧与主管壁厚方向延伸,裂纹向外鞍点扩展的速度要略快于向内鞍点扩展的速度,停止反复加载后裂纹并未贯穿主管管壁;受支管面外弯矩与支管间空间效应的影响,CFST-KK型节点的抗疲劳性能与CFST-K型节点有明显差异;主管内填混凝土能提升CFST...     

钢绞线局部锈断混凝土梁疲劳性能试验研究

针对预应力混凝土桥梁中钢绞线局部锈蚀造成疲劳性能退化问题,制作了6根预应力混凝土梁,对其中4根不同钢绞线锈断位置的试验梁进行电化学加速锈蚀试验、静力加载和疲劳加载试验,研究了钢绞线断裂后预应力混凝土梁的疲劳性能退化机理和力学性能退化规律,分析了混凝土表面裂缝扩展、荷载-挠度关系及疲劳寿命.研究结果表明:L/4锈断位置处的试验梁刚度退化和裂缝扩展规律,与未锈蚀梁和端部锈蚀梁的差异明显;不同锈断位置的预应力混凝土梁的静载和疲劳性能均有不同程度降低;当锈断位置处于梁端时,钢绞线与混凝土形成二次锚固效应,对梁的刚度保证具有积极作用.     

不同级配橡胶沥青混合料疲劳性能研究

为了探究不同条件下橡胶沥青混合料的疲劳性能,选取AC-13和SMA-13两种级配,在不同条件下进行试验,研究了应力水平和加载速率对两种橡胶沥青混合料疲劳寿命的影响,并分别研究了老化时间对AC-13混合料的疲劳寿命和纤维掺量对SMA-13混合料疲劳寿命的影响。试验结果表明,应力比越大,疲劳寿命越低,应力比为0.5是疲劳寿命大幅改变的分界点;随着加载速率的增大,疲劳寿命逐渐增大最后趋于稳定;老化使AC-13混合料的疲劳寿命降低,但前期老化对疲劳寿命影响程度不大,而后期老化使疲劳寿命大幅降低;各应力比下,随着纤维掺量的增多,SMA-13混合料的疲劳寿命都出现先增大后减小的趋势,当掺量为0.4%时疲劳寿命最大。     

水基-聚合物SRX稳定碎石疲劳试验研究

基于垂直振动成型试验方法，采用Weibull 分布函数，研究了不同SRX含量以及不同应力水平下SRX稳定碎石的疲劳寿命，试验结果表明：应力水平和SRX含量直接影响SRX稳定碎石的疲劳寿命，随着应力水平的提高和SRX含量的减少，SRX稳定碎石的疲劳寿命逐渐减小，特别是当应力水平大于0.85，达到0.9 时，SRX稳定碎石的疲劳寿命急剧下降。通过分析SRX稳定碎石的等效疲劳寿命的概率分布，得出了其符合两参数Weibull 分布的结论，并给出了SRX稳定碎 石在不同SRX含量下以及不同失效概率下的疲劳寿命方程。通过对比分析SRX稳定碎石、水泥稳定碎石与ATB—30失效概率为50%时的疲劳方程曲线，表明SRX稳定碎石的疲劳性能明显优于水泥稳定碎石，与ATB—30的疲劳性能相近。     

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能, 引入热点应力法, 可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅, 并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析, 拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估, 并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明: 相比于墩顶矩形钢管混凝土节点, 跨中矩形钢管节点热点应力幅更大, 为60.1 MPa, 发生在主管表面, 但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa, 满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化, 原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后, 管内混凝土改变了节点局部刚度, 使相贯线焊趾处应力分布均匀, 支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%, 对原设计节点进行焊缝后处理, 可有效消除焊接初始拉应力, 改善节点疲劳性能, 支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%;采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估, 支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa, 大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa, 空间杆系模型计算结果偏保守, 且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应, 也无法准确判断疲劳开裂起始位置。      

基于ESS法的重载货车焊缝疲劳仿真

为验证ESS方法的有效性,以装甲钢T型焊接接头为对象,进行了仿真计算与疲劳试验,结果表明,ESS方法计算精度较高,试验与计算误差为18.8%.基于ESS法及静态应力恢复原理,对重载浴盆货车车体关键焊缝进行了疲劳仿真分析,获得了ESS分布规律及仿真结果,其中枕梁上盖板与中梁焊缝计算里程约为2 886万公里,有较高的安全裕度.     

缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

为了研究和准确评估不同尺寸的缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响，采用钻孔法在光滑试样表面人为引入缺陷，使用旋转弯曲疲劳试验机对光滑试样和不同尺寸缺陷的试样进行疲劳试验，以获得不同试样的疲劳极限；使用扫描电镜（SEM）观察断口形貌，使用Neuber公式（基于缺口敏感性）和修正的El-Haddad模型（基于断裂力学方法）评估带缺陷试样的疲劳极限. 研究结果表明:当试样等效缺陷尺寸小于59.64 μm时，其疲劳极限与光滑试样相同，都为360 MPa；当等效缺陷尺寸大于59.64 μm时，缺陷会降低光滑试样的疲劳极限，并且引入缺陷尺寸越大，疲劳极限越低；基于Neuber公式预测的疲劳强度能得到较为保守的疲劳强度估算值，而修正的El-Haddad模型可以更好地预测和评估不同尺寸的圆孔型三维缺陷对EA4T车轴钢疲劳强度的影响.      

悬索桥钢桁架加劲梁施工方法分析

以角笼坝大桥为实例,利用桥梁结构非线性仿真分析计算软件BNLAS,建立空间全桥模型,针对钢桁架加劲梁节段间四种连接方式进行分析计算,并对结果进行分析比较,从理论上得出施工中节段间仅在上弦设铰的连接方式最为合理,但对于跨度相对较小的悬索桥,考虑方便施工,可采用其它三种上下弦均连接的施工方式。同时,又对钢桁架加劲梁的吊装长度作了分析讨论,得出节段间在仅上弦设铰的连接方式下,吊装长度只能达到有限长度的结论。通过实测结果与计算结果的对比,验证了模拟分析计算结果的可信性。     

海洋平台KK型管节点的疲劳性能试验研究

以某自升式海洋平台为研究对象,进行了空间KK型管节点在轴力作用下的疲劳性能的试验研究.通过对管节点模型的试验测试,得到了KK节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的热点应力分布及节点的应力集中系数,并采用S-N曲线法对KK型管节点的疲劳寿命进行估算.通过对比分析,指出了试验方法与规范计算方法在管节点疲劳性能分析上的差异性.     

大跨钢桁拱轨道横梁半刚性连接的疲劳荷载

为评定公路与轻轨两用钢桁拱桥轨道横梁与主桁半刚性连接在车辆荷载作用下的疲劳损伤累积,对该构造细节在桥梁设计寿命期内车辆荷载产生的疲劳荷载谱的计算方法进行了研究.针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况,参照美国AASHTO规范,建立了反映桥梁设计寿命期内真实运营状况的疲劳荷载模型,并通过全桥三维有限元分析计算了该构造细节的荷载历程.根据疲劳损伤累积理论,确定了钢桁拱轨道横梁与主桁半刚性连接的疲劳试验荷载.     

基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳验算

为了解决正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题,提出将热点应力法应用于其疲劳验算.该方法采用ANSYS子模型模块,通过国际焊接协会的线性外推方法,计算获得验算部位的热点应力.基于热点应力法给出正交异性钢桥面板的疲劳验算流程,对验算涉及的问题结合甬江桥实例进行了探讨.研究结果表明:与名义应力法相比,热点应力法可以反应正交异性钢桥面板疲劳开裂的实质;利用热点应力法对甬江桥正交异性钢桥面板加劲肋与横隔板连接部位的加劲肋进行疲劳验算,得出该构造细节的疲劳寿命为73 a.      

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.