某新型汽车半轴断裂失效分析

某新型汽车半轴进行台架验证试验中发生断裂,通过宏观分析、显微组织、理化性能和断口形貌分析等方法对断裂原因进行分析。结果表明,该半轴在中频感应淬火处理上存在不合理之处,导致半轴在表面出现微裂纹,并在工作应力的作用下疲劳扩展,最终产生疲劳断裂。     

基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法

纵肋对接焊缝疲劳开裂作为钢桥面板结构的重要失效模式之一,严重危害桥梁结构耐久和安全运营。通过引入超声导波技术,结合对接焊缝的几何特点与疲劳失效特征,建立了基于超声导波的钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳裂纹检测方法。首先搭建了超声导波裂纹检测试验系统,并结合钢桥面板纵肋对接焊缝疲劳试验,对超声导波检测纵肋对接焊缝裂纹的适用性和准确性进行了验证。在此基础上,通过数值分析方法探究了超声导波在纵肋对接焊缝局部区域的传播机制,并进一步分析了不同焊缝与裂纹参数对超声导波传播的影响规律。研究结果表明:采用超声导波方法能够有效检测钢桥面板纵肋对接焊缝的疲劳裂纹,并确定疲劳开裂的位置;超声导波有限元理论分析与试验测试结果符合较好,验证了有限元模型的正确性;采用单面激励的方式在纵肋中形成的超声导波包括A₀和S₀模态,其中A₀模态占主要部分,超声导波传递至焊缝形成的反射波以A₀模态为主,而较深裂纹形成的反射波以S₀模态为主;不同焊缝和裂纹参数对超声导波的反射波和透射波表现为差异性的影响。所采用的基于超声导波的对接焊缝疲劳裂纹检测方法,可为钢结构桥梁疲劳损伤的检测与监测提供科学依据。     

超大跨径斜拉桥钢结构疲劳监测与评估

该文以某斜拉桥为研究背景,基于钢箱梁疲劳监测结果,研究了超大跨径斜拉桥钢箱梁疲劳性能。结果表明:在车载的累积作用下,钢箱梁顶板和U肋腹板易出现疲劳裂纹;索梁锚固区钢锚箱各板件的应力幅均较小,但在长期交通荷载作用下,箱梁外腹板亦有可能出现疲劳裂纹。而底板、底板U肋、索塔钢锚箱的应力幅值较小,不会出现疲劳损伤。     

酸性溶液对花岗岩力学特性及微观结构的影响

为探究酸性溶液作用下花岗岩力学特性损伤机制，在pH值分别为7、5、3的化学溶液中对花岗岩试件进行72 d饱和处理，然后对饱和试件和自然干燥试件进行三轴压缩试验、核磁共振试验、电镜扫描试验（〖WT５”《TNR》〗scanning electron microscope, SEM〖WT５”ＢＺ〗）及X射线衍射试验，并对比分析不同化学溶液作用下花岗岩试件三轴抗压强度损伤、变形特征及力学参数的变化规律。试验结果表明： 1）花岗岩试件的三轴抗压强度、弹性模量及黏聚力随酸性溶液pH值降低而减小，泊松比随着pH值的降低而增大； 2）在酸性溶液的腐蚀作用下，试件内斜长石及方解石等矿物成分的消耗导致试件内部结构疏松程度增加，强酸作用下伴有微裂隙产生； 3）与自然干燥状态下的试件相比，在围压20 MPa的条件下经pH=3的酸性溶液酸化处理后的试件，其偏应力峰值强度降幅达39.94%； 4）花岗岩在酸性溶液作用下，部分矿物溶解、迁出，使得孔隙结构不断劣化产生大量次生孔隙，且酸性溶液pH值越低，中、大孔隙占比越高。     

悬置双头螺柱失效分析

某车型的左悬置与支架连接的双头螺柱在试验过程中发生断裂,其材料是42CrMo,强度等级为10.9级,依次对其进行宏观形貌分析、微观形貌分析、金相检查、化学成分分析和力学性能检查.结果 显示,双头螺柱在长期交变应力作用下产生了微裂纹,最终发生疲劳断裂.断裂原因是螺柱生产工艺顺序不当,先加工螺纹后进行调质处理使牙底的疲劳强度不足.     

焊接微裂纹缺陷对顶板与纵肋构造疲劳性能影响研究

为研究焊接微裂纹缺陷对正交异性钢桥面板顶板与纵肋构造疲劳性能的影响，首先采用扫描电子显微镜对实际桥梁结构的焊接断面进行缺陷检测，统计分析微裂纹尺寸和分布特性，然后基于既有试验和有限元分析方法，结合断裂力学理论，评估不同微裂纹缺陷对构造细节劣化效应的影响，并分析焊接微裂纹关键特征参数对构造细节疲劳性能的影响。结果表明：顶板与纵肋构造的焊趾及焊根处普遍存在微裂纹缺陷，焊根处微裂纹尺寸(平均值150.7μm、标准差100.8μm)大于焊趾处(平均值29.8μm、标准差17.4μm);顶板与纵肋构造细节主导失效模型主要由微裂纹尺寸决定；构造细节疲劳寿命直接由焊接微裂纹尺寸决定，其疲劳强度为100～200 MPa;疲劳裂纹最终扩展方向与焊接微裂纹初始角度无关，仅受实际受力状态影响。     

自冲铆接疲劳裂纹产生机理的研究

自冲铆接的微裂纹会在铆接孔中产生,这主要是由于材料内部组织的不均匀性及铆接模具的结构、形状造成的。疲劳裂纹还会在非铆接孔中产生,因为材料内部微观组织、相的强度、塑性和韧性等物理力学性能不一致,在受到载荷后微观组织变形不协调,这就导致在材料内部某些点的应力超过此点的微观允许内应力,故出现微裂纹。微裂纹还可能由材料内部的缩孔、缩松、夹杂和小的孔洞等引起的。微裂纹的扩展往往由于撕裂弯矩和拉伸载荷的共同作用造成,裂纹扩展越来越快。自冲铆接的寿命主要由裂纹萌生和小裂纹的扩展组成。     

钢桥贯通疲劳裂纹扩展行为预测方法研究

为研究面外弯曲作用下的贯通疲劳裂纹扩展行为,以某公铁两用钢桥的工字形横梁腹板为对象,运用公路加载的方式,对横梁腹板竖向加劲肋焊端的应力进行荷载试验,利用有限元程序ABAQUS建立横梁腹板模型,将疲劳裂纹引入模型,利用位移外推法计算裂纹前端应力强度因子,结合最大能量释放率法对疲劳裂纹的扩展行为进行预测。结果表明:腹板的面外弯曲是该部位出现疲劳开裂的主要原因;贯穿疲劳裂纹是Ⅰ型为主的混合型疲劳断裂;等效应力强度因子随着裂纹的增长先增加后减小,裂纹的扩展角度随着裂纹的增长有所增加,预测角度与实际观测到的裂纹扩展角度近似一致。因此,利用位移外推法和最大能量释放率法可有效预测钢桥疲劳裂纹扩展行为。     

风化花岗岩矿物演化机理及工程特性研究

本文基于不同风化程度下花岗岩矿物成分研究,得到花岗岩在不同风化程度下的矿物成分含量,发现花岗岩在花岗岩不同矿物抗风化能力不一,花岗岩在风化早期阶段是碱金属和碱土金属的水解水化和脱硅作用,后期阶段主要是富铁铝化过程,且各类碱金属及碱土金属淋失速率不一,淋失速率呈CaONa_2OMgOK_2O,结合矿物浸泡试验发现,中风化前大部分矿物离子分解速率较快,其后分解速率大幅下降,基于风化作用下矿物成分演化特征,重点阐述了不同风化程度花岗岩基本特征和风化作用机理。分析花岗岩的孔隙率、干密度和强度物理力学特性随风化程度的影响,发现干密度和强度随着风化程度越高,衰减越大,孔隙率随风化程度增加呈先增加后减小变化规律,全风化花岗岩孔隙率达到峰值。     

基于应力强度因子的旧水泥路面沥青加铺层反射开裂特性研究

在路面改造中,旧水泥路面加铺沥青是一种十分有效的方法,但容易出现反射裂纹的问题。该文运用断裂力学和有限元数值模拟相结合的方法,研究在交通载荷作用下沥青表层反射裂纹扩展情况。通过应力强度因子对产生病害的路面进行了疲劳断裂寿命预估。探讨了裂纹反射深度、沥青加铺层弹性模量和厚度对产生病害路面疲劳断裂寿命的影响。研究表明:反射裂缝在交通载荷作用下以Ⅰ和Ⅱ型扩展为主;整个反射裂纹上最危险点在裂纹的边缘,比较容易发生裂纹扩展;交通载荷作用在水泥混凝土板边缘处对路面破坏最严重;反射深度越深,剩余的疲劳断裂寿命越少;增加沥青加铺层的厚度和降低沥青加铺层的弹性模量能够增加其疲劳断裂寿命;相比改变加铺层弹性模量,增加加铺层厚度对于路面的疲劳断裂寿命影响更明显。     

UHPC微裂纹在蒸汽环境中的快速愈合机制

为了在蒸汽环境中快速修复超高性能混凝土（UHPC）浇筑过程中产生的收缩裂纹和结构服役过程中产生的裂纹，加速UHPC结构刚度和抗渗性能的恢复，需要确定不同损伤程度的微裂纹在蒸汽环境中的快速愈合机制。因此，选取拉伸变形（应变为1 000×10^-6，1 500×10^-6，2 000×10^-6）作为损伤指标，将损伤开裂后的UHPC试件分别放置在蒸汽环境中1，3，5 d，研究微裂纹在蒸汽环境中的快速愈合机制。通过直接拉伸试验、气体渗透试验和声发射分析不同拉伸变形的UHPC试件在蒸汽环境中的自愈合行为。拉伸试验结果表明：放置在蒸汽环境中，预裂试件的弹性模量的恢复程度随着拉伸变形的增大而减小，但依然大于预裂至相同拉伸应变的未愈合试件（放置在室内环境中）的弹性模量。刚度恢复程度随着放置在蒸汽环境时间的增长而增大，但愈合到一定程度后，延长放置时间对愈合的效果不明显。采用气体渗透试验表征了微裂纹的愈合程度，结果表明蒸汽环境中的微裂纹能快速愈合，但随着拉伸变形的增加，自愈合的程度减小，表明拉伸变形越大，微裂纹越多，自愈合产物填充所需时间越长。声发射分析表明：UHPC内部发生损伤时才会产生声发射源，在重新加载阶段，对于已经愈合的微裂纹，在微裂纹的2个界面之间新形成的晶体会再次开裂，此时会检测到声发射源。然而，对于未愈合的微裂纹重新张开时，则不会产生声发射源，直至旧裂纹发展和新裂纹的产生才会产生声发射源。     

Fatigue life prediction based on the rainflow cycle counting method for the end beam of a freight car bogie

This paper presents a system for treating of the actual measured data for load histories. The approach consists of two steps: stress analysis and fatigue damage prediction. Finite element analysis is conducted for the component in question to obtain detailed stress-strain responses. A significant number of failures occurred in a brake end beam which led to economic losses and disruption of service. The cracks appeared to be fatigue cracks caused by the dynamic load produced in the loaded bogie frame. Strain gauge data were analyzed, and fatigue cycles were calculated from this data. Rainflow cycle counting was used to estimate cumulative damage of the end beam under in-service loading conditions. The fatigue life calculated with the rainflow cycle counting method, the P-S-N curve, and the modified Miner’s rule agreed well with actual fatigue life within an error range of 2.7%~31%.     

干湿循环下花岗岩残积土路堑边坡稳定性研究

干湿循环对花岗岩残积土抗剪强度有明显的影响,其会影响路堑边坡的稳定性.利用前人研究成果获得花岗岩残积土在干湿循环荷载作用下的抗剪强度变化规律,并利用数值软件PLAXIS研究考虑干湿循环条件下花岗岩残积土强度变化的路堑边坡稳定性特性,评估干湿循环对花岗岩残积土路堑边坡稳定性的影响.数值模型首先与前人研究成果进行比对获得了...     

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。     

全风化花岗岩路基路面结构动力特性模型试验研究

路基路面结构受交通动荷载重复作用,表现出疲劳特性,并会产生不可恢复的残余塑性变形。通过3组室内大比例模型试验,研究了全风化花岗岩、全风化花岗岩水泥稳定土和土工格室加强等不同路基结构形式的路基路面结构受交通动荷载作用的动力特性,分析了路基路面结构动应力应变分布规律,得到路基路面结构动应力、应变和永久变形随车辆荷载大小、车辆荷载通过量(对应加载次数)、运行速度的变化规律,试验论证了全风化花岗岩及其水泥稳定土和土工格室加强作为高速公路路基填料的可行性和适用范围,评价了路基处理的效果,确定了路基质量控制标准,对高速公路的设计与施工具有指导意义。     

掺水泥对花岗岩复合集料SMA混合料路用性能的影响

基于车辙试验、低温弯曲试验、冻融循环试验、四点弯曲疲劳试验，研究水泥掺量对掺花岗岩复合集料SMA混合料路用性能及疲劳性能的影响。结果表明：掺加水泥明显改善花岗岩复合集料SMA混合料的高温稳定性和降低车辙试验动稳定度对环境温度的敏感性；掺加1%～4%水泥可明显改善花岗岩复合集料SMA混合料的抗裂性能，同时增强SMA混合料的抗水损害耐久性和抗疲劳耐久性。但过多的水泥因分散不均匀导致花岗岩复合集料路用性能的增强作用不增反减，推荐适宜的水泥掺量为2%～3%。     

高速公路花岗岩风化料改良土性能的试验研究

为研究全风化花岗岩用作新建郑石高速公路路基填料的适宜性,基于全风化花岗岩风化料的矿物成分、颗粒分析等工程性质的分析结果确定其不能直接作为路基填料。选用水泥材料进行改良,对不同掺量的混合料进行了无侧限抗压强度试验、压实试验及疲劳试验,确定对全风化花岗岩风化料进行改良所需最佳水泥掺量为5%,并得到相应的疲劳周期;现场试验路段沉降变形的检测结果表明,沉降符合高速公路路基设计要求。     

一种新型抗水性自修复材料固化土技术研究

基于高分子聚合物技术制备抗水性自修复材料,通过添加活性自修复催化剂起到修复结构内部微裂纹的目的,开展新型抗水性自修复土壤固化技术研究,分别从抗水性能、自修复性能和疲劳性能研究抗水性自修复稳定土的材料性能。研究表明：抗水性自修复稳定土的水稳定性明显优于水泥石灰土,固化剂对于稳定土材料的强度恢复具有显著作用,抗水性自修复材料的添加提高了稳定土的疲劳性能。     

焊接钢桥腹板出平面变形疲劳问题的有限元分析

焊接钢桥的腹板在交通荷载作用下产生的出平面变形可以导致腹板空隙处的疲劳开裂,为了分析导致腹板空隙处疲劳开裂的位置、形式以及原因,对一座钢桥的一跨建立了三维有限元模型,并采用了子模型方法对腹板空隙处进行了细致的分析,得到腹板空隙处的应力水平和分布规律。通过分析得到焊接钢桥腹板出平面变形导致腹板空隙处的应力十分复杂,造成多个区域的应力集中。在AASHTO疲劳车的作用下,腹板空隙处的最大应力可以达到200MPa,这样就导致在交通荷栽的反复作用下疲劳裂纹的产生,同时对相应的维修加固策略进行了探讨。研究也显示出了有限元方法分析复杂区域的优越性。