45钢单轴应变循环软化行为的本构模型

为了更好地描述材料的循环软化行为,基于调质处理的45钢在对称与非对称应变循环加载下的变形特征,建立了其循环塑性本构模型.模型中考虑了材料在初始1/4循环加载时达到上屈服限后的应变软化现象.此外,用屈服面半径和背应力演化方程对后继循环软化行为进行了模拟.结果表明,在低周疲劳过程中,无论是循环软化滞回圈形状,还是循环应力幅值随循环周次的变化,理论预测与实验结果均吻合得很好.     

开口肋正交异性钢桥面疲劳设计参数研究

为评估重庆两江大桥单索面斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳设计参数的合理性,对由盖板、板肋和横隔板组成的箱形正交异性钢桥面板模型进行了疲劳试验和有限元分析.基于应力等效方法,对桥面板、横隔板与纵肋三向交叉部位,进行了竖向和横向双向加载试验、等效实桥疲劳应力幅值2 000万次作用疲劳试验,在此基础上,分析了3种开孔方式、构造细节、横隔板厚度及铺装层厚度等因素对疲劳性能的影响.研究结果表明:横隔板厚度和铺装层厚度对疲劳性能的影响很大;与钥匙形和圆形相比,苹果形开孔结构的主拉应力最小,为13.7 MPa,疲劳性能最优.建议开口肋正交异性板构造横隔板厚度大于16 mm,并采用苹果形开孔方式.     

厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟

基于ABAQUS及其子程序DFLUX,采用热力间接耦合法,对不同厚度尺寸的Q345B厚钢板的对接焊缝进行了三维模拟分析,得到了焊接的温度场分布和最终焊接残余应力分布.结果表明：构件表面焊接残余应力大于中间面;表面纵向和横向残余应力都有一定的规律;对接焊缝沿纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,这种增加的趋势对厚度小于70 mm的钢板很明显,对70～80 mm的钢板不明显;而横向残余应力随钢板厚度的增加变化不显著.     

一种预测材料单轴饱和棘轮应变的本构模型

通过大量单轴棘轮实验,研究了均值、幅值、峰值和谷值应力对304不锈钢的饱和棘轮应变的影响规律以及棘轮历史对材料棘轮饱和变形状态的影响。结果表明,均值、幅值和谷值3种应力参量两两之间构成制约棘轮变形的二元参量,峰值应力与饱和棘轮应变之间在不受均值、幅值和谷值应力影响的单调函数关系,因而峰值应力是导致材料正向棘轮变形的根本原因。根据这一现象,提出了棘轮门槛应力值σrth和棘轮应力σr的概念,建立了基于单参数控制的、用于饱和棘轮应变预测和饱和棘轮本构模型SRM。实验发现,先前低循环应力水平下材料棘轮行为对后继高循环应力水平下的饱和棘轮变形无影响,进而提出了单试样法,利用该方法来确定SRM本构模型材料参数只需1-3个试样。基于单试样法建立的SRM模型用来预测在独立加载工况下304不锈钢试样的饱和棘轮应变,其安全因子介于1-1.3之间。σ     

武汉二七长江大桥钢槽梁顶推中局部应力监测与分析

利用混合单元法,对支撑处的钢槽梁进行局部有限元仿真计算,并以武汉二七长江大桥非通航孔6×90 m钢槽梁顶推工程为背景,对钢槽梁关键截面测点应力跟踪测试和处理分析.分析结果表明:顶推过程中,测点实际受力情况与有限元模拟结果吻合比较好,表明选取计算模型是可行的;支撑处钢槽梁实测最大应力未超出钢材允许应力,钢槽梁结构横桥向受...     

钢桥桥面铺装层间剪应力影响因素及简化计算

为了减小钢桥桥面铺装层间剪应力,建立桥面系三维有限元计算模型,分析了不同荷位、钢板厚度、U肋开口宽度、铺装厚度、铺装模量、层间接触条件以及轴载大小对铺装层间纵横向剪应力的影响,推导了实用的应力简化计算公式。研究发现桥面板不均匀变形使得铺装层间剪应力远大于同条件下的路面结构;影响显著的因素依次为轴载大小、钢板厚度、U肋开口宽度以及铺装参数;层间完全光滑有利于抗剪,但降低了桥面系整体刚度;控制重载,加强桥面系刚度与选择柔性层间粘结材料是减小层间剪应力的有效措施。     

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.      

压弯复杂应力下焊趾局部应力一应变研究

通过对模拟结合壳典型部位的焊接试件进行加载试验,分析了压应力对局部应力应变特征的影响,结果显示,焊趾处名义应力相同条件下,局部应力应变值与施加的载荷形式有关．同时,对此试件进行的弹塑性有限元分析,得到了与试验结果基本吻合的规律．由此得出,压应力与弯曲应力的比值较小时,对焊趾处局部应力应变产生的影响可忽略;比值较大时,产生的影响不可忽略．     

压弯复杂应力下焊趾局部应力-应变研究

通过对模拟结合壳典型部位的焊接试件进行加载试验,分析了压应力对局部应力应变特征的影响,结果显示,焊趾处名义应力相同条件下,局部应力应变值与施加的载荷形式有关.同时,对此试件进行的弹塑性有限元分析,得到了与试验结果基本吻合的规律.由此得出,压应力与弯曲应力的比值较小时,对焊趾处局部应力应变产生的影响可忽略;比值较大时,产生的影响不可忽略.     

中、下承式拱桥悬吊桥面系强健性加固试验

为增强中、下承式拱桥悬吊桥面系的强健性,以无纵桥向加劲梁的中、下承式拱桥悬吊桥面系为研究对象,提出了一种采用钢管桁架加劲纵梁的悬吊桥面系强健性加固结构,对比分析了悬吊桥面系强健性加固前后吊杆断裂时剩余结构的动力响应;开展了钢管桁架加劲纵梁强健性加固结构模型试验和有限元分析,研究了吊杆断裂后加固结构的受力性能与破坏模式;讨论了精轧螺纹钢筋预紧力、开孔钢板厚度和材质对强健性加固结构受力性能的影响。研究结果表明:采用钢管桁架加劲纵梁加固悬吊桥面系后,长(短)吊杆断裂时桥面系最大竖向位移与应力分别降低了1.30(1.31)和3.31(1.99)倍,与断裂吊杆相邻的吊杆的最大索力降低了1.25(1.25)倍;在弹塑性阶段,钢管桁架加劲纵梁加固结构的开孔钢板发生弯曲变形,横梁下排植筋破坏,达到极限荷载时,中间下侧加劲钢板与开孔钢板间的焊缝发生断裂,随后下弦管与开孔钢板间的焊缝出现开裂而丧失承载能力;精扎螺纹钢筋合理预紧力为50 kN,开孔钢板合理厚度为20 mm;开孔钢板的材质从Q235提高至Q345时加固结构极限荷载增加了11.9%,说明提高开孔钢板的材质强度可有效提高加固构造的极限承载力。综上所述,采用钢管桁架加劲纵梁加固中、下承式拱桥悬吊桥面系可有效增强其强健性。      

哈大高速铁路钢箱叠合拱桥拱脚局部应力分析

对我国高速铁路上的第一座大跨钢箱叠合拱桥哈大高速铁路138 m新开河桥进行了拱脚结构局部应力分析.根据圣维南原理,运用ANSYS有限元计算软件,利用壳单元和梁单元建立了精细的系梁-拱肋-吊杆-横梁的空间计算模型,根据结构的实际情况模拟边界及荷载,对桥梁结构在恒载及客运专线活载作用下拱脚位置的应力分布情况进行了分析.计算结果表明：新开河桥拱脚的支座顶板部位和钢箱系梁变截面位置的应力较大,虽然未出现超过材料屈服应力的现象,但是为了保证桥梁使用的安全,在设计和施工中应加以重视.     

基于结构应力的转向架构架焊缝疲劳强度研究

为了解决现行标准中转向架构架焊缝容许疲劳强度数据存在的问题,针对当前的各种结构应力方法和数据,就其在焊缝结构应力测试、容许应力幅、设计值存活率、平均应力修正、焊缝修整疲劳强度提高及极限容许应力确定等方面的关系和差异进行对比,并构建了Q345钢焊缝基于实测结构应力的疲劳图和S-N曲线. 结果表明:转向架构架焊缝结构应力的实测可沿用B12/RP17规定的方法,即采用6 mm长的应变片并将其前端紧靠焊趾边缘布置;建议借鉴IIW (International Institute of Welding) FAT100和FAT90两组基本数据,并应用其平均应力和焊缝修整疲劳强度提高的修正方法,构建更加合理的基于实测结构应力的焊缝容许疲劳强度数据;对于2 × 106次循环数对应的疲劳图,极限容许应力可参考DVS 1612规定的方法,由母材屈服极限除以相应的安全系数确定.      

轮轨热接触耦合效应的有限元分析

针对制动热应力问题,运用有限元直接耦合法,对车轮热接触工况进行了模拟,采用耦合方程同时求解温度场和位移场,研究了纯机械载荷工况和热接触耦合工况下轮轨应力分布与变化规律,分析了车轮及钢轨表层材料和次表层材料的变形、温度与应力之间的关系.分析结果表明:由于热应力的影响,车轮表面以下0～1 mm的表层区域等效应力最大值增大了...     

不同厚度下船舶板材高频感应自由弯曲成形

应用ANSYS软件建立高频感应自由弯曲有限元模型,研究了船板高频感应成形板厚对可加热温度、变形角度、应力、变形及冷却后的残余应力的影响。结果表明:不同厚度的船舶板材可加热温度皆在860℃以上进入奥氏体温度区。在无约束、忽略船板自重的情况下,不同厚度的船舶板材单面弯曲角度在10-2数量级;加热结束后,不同厚度的船舶板材的应力都达到屈服应力,发生了塑性变形。冷却结束后残余应力主要集中在线圈正下方。随着板厚的增加,可加热温度下降,并在中厚板区有波动;弯曲角度先增加,后减小;最大残余应力先减小,后增加。在给定加热频率和功率条件下,船板的高频感应加热变形的最有效厚度为14 mm。     

Stresses and Shear Fracture Zone of Jinshazhou Tunnel Surrounding Rock in Rich Water Region

Field evidence has shown that large-scale and unstable discontinuous planes in the rock mass surrounding tunnels in rich water region are probably generated after excavation. The tunnel surrounding rock was divided into three zones, including elastic zone, plastic damage zone and shear fracture zone fof assessing the stability of the tunnel surrounding rock. By local hydrogeology, the stresses of surrounding rock of Jinshazhou circular tunnel was analyzed and the stress solutions on the elastic and plastic damage zones were obtained by applying the theories of fluid-solid coupling and elasto-plastic damage mechanics. The shear fracture zone generated by joints was studied and its range was determined by using Mohr-Coulomb strength criterion. Finally, the correctness of the theoretical results was validated by comparing the scopes of shear fracture zones calculated in this paper with those from literature.     

0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢在静置长江水中的腐蚀原因探讨

由0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢与Q345碳钢复合的复合钢板焊接制作的某大型水利排砂钢管设施,在静止长江淡水条件下出现严重点蚀.通过距焊缝不同距离的不锈钢表面的腐蚀电位、点蚀击穿电位、重钝电位的电化学研究以及其金相组织和元素(Cr,C)含量变化等分析发现:焊接加工中的热效应导致马氏体不锈钢某些部位的表面Cr含量降低,晶粒与晶界处出现C的聚集,金相组织粗大,从而优先产生点蚀.讨论了不同焊接工艺热影响作用,焊接电流越大,热效应越明显.     

带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩抗震性能

为研究不同连接方式装配式混凝土桥墩的抗震性能,进行了2根装配式混凝土桥墩（连接构造分别为钢管剪力键和灌浆套筒）和1根现浇整体式混凝土桥墩的拟静力试验,分析对比试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并开展了有限元参数分析. 研究结果表明:3类桥墩试件水平荷载-位移滞回曲线较饱满,具有良好的抗震性能,均为整体压弯破坏,无明显的强度退化,累积耗能能力相近;在不同轴压比、长细比、混凝土强度和钢筋强度条件下,带钢管剪力键的装配式混凝土桥墩的水平峰值荷载和位移延性系数均优于传统灌浆套筒连接的装配式桥墩,提高幅值分别为4%～32%和8%～36%;轴压比、长细比、钢管剪力键嵌入深度和钢管直径是影响钢管剪力键连接的装配式混凝土桥墩抗震性能的重要参数.      

轴力变化对箱形钢柱抗震性能的影响

为探讨轴力变化对箱形钢柱抗震性能的影响机理,采用有限元法,对5种柱顶偏心变轴力加载模式下箱形钢柱的抗震性能进行了数值分析,探讨了轴力变化对箱形钢柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数以及耗能能力的影响规律.研究结果表明:柱顶变轴力加载频率对箱形钢柱抗震性能的影响较大,轴力变化频率越大,构件的抗震性能越差;柱顶轴力的变化幅值越大,箱形钢柱的承载力退化越严重;箱形钢柱的壁板宽厚比越小,轴力变化对构件抗震性能的影响越大.因此制定大跨度空间结构中箱形钢柱的抗震措施时,应充分考虑轴力变化对箱形钢柱抗震性能的影响.      

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。      

碳纤维与混凝土界面粘结应力计算方法

为了确定碳纤维加固混凝土结构承载过程中胶层部位的剪应力分布规律,判别碳纤维与混凝土界面间是否发生剥离破坏,进行了碳纤维布加固混凝土构件的拉伸试验,基于弹性理论,推导了已知力作用下的任意点胶层界面剪应力与碳纤维正应力的计算方法。计算结果表明碳纤维与混凝土界面的剪应力、正应变的分布规律与试验结果相吻合,计算方法有较高的精度,计算得出胶层部位的极限剪切强度为3.96 MPa,在实际工程中,为防止剥离破坏的发生,应确保胶层剪切应力小于此值。