酸雨环境-荷载耦合作用下拉索腐蚀损伤机理研究

通过开展拉索镀锌钢绞线在酸雨环境/荷载耦合作用下的人工加速腐蚀试验,对斜拉索施加交变荷载、静态荷载和无荷载,得出3种加载方式与腐蚀速率的关系,并论述了钢绞线应力腐蚀疲劳损伤的特点与机理;采用ANSYS有限元软件对不同腐蚀情况下的斜拉索进行数值模拟,分析了钢绞线均匀腐蚀、表面蚀坑深度对钢丝等效应力分布状态的影响。研究表明:加速腐蚀试验中的钢绞线,受到复杂荷载的构件在同等腐蚀环境中的腐蚀速率更高;腐蚀试验前期,应力腐蚀和腐蚀疲劳对抗拉强度的影响不大,3种加载方式之间的抗拉强度无明显差异,腐蚀试验中后期,抗拉强度开始急剧下降,交变应力加载试件出现抗拉强度短暂提高的现象;钢绞线腐蚀越严重,其在役状态时钢绞线表面蚀坑附近的应力就越大。     

腐蚀环境下钢材表面特征及钢梁承载力研究

采用粗糙度检测仪对周期浸润加速腐蚀试验获得的Q345qC钢试件表面进行测量,研究了复合大气环境下Q345qC钢材最大局部腐蚀深度问题;进行腐蚀钢材力学性能测试,研究了大气自然暴露腐蚀和实验室加速腐蚀情况下,腐蚀对Q345qC钢材屈服强度、极限强度、以及屈强比等材料力学性能的影响;通过均匀腐蚀和局部腐蚀影响下钢梁的试验研究与数值分析,对腐蚀钢梁承载力退化规律进行研究。研究表明,复合大气环境下Q345qC钢板的最大腐蚀深度符合Gumbel分布;失重率是影响均匀腐蚀钢材材料性能和均匀腐蚀钢梁力学性能的关键因素;相同的蚀坑密度下,当点蚀损伤程度超过10%时,钢梁的极限承载力急剧下降,点蚀损伤程度影响钢梁的失效形式。     

强腐后Q345钢力学性能退化试验

系统研究了强腐后Q345钢表面形貌和腐蚀时间对其力学性能退化的影响;采用浓度36%工业盐酸在室温环境下快速腐蚀的方法,设计了腐蚀时间分别为0、1、2、4、8、12、24、48、72 h的9组钢试件;采用三维非接触激光扫描仪和扫描电镜扫描腐蚀钢,测量了最大蚀坑宽度、高度和腐蚀试件厚度,计算了最大蚀坑影响系数;开展了拉伸试验,结合扫描形貌与微观组织形态解释了强腐后Q345钢的力学性能退化机理;建立了浓度36%工业盐酸在室温环境强腐后Q345钢的腐蚀动力学曲线和本构关系模型,揭示了强腐后Q345钢的力学性能退化规律。研究结果表明:随着腐蚀时间的增加,Q345钢的腐蚀动力学曲线展示了腐蚀率的变化规律;腐蚀时间在1 h以内,最大蚀坑影响系数增大最为明显,钢的名义屈服强度、名义抗拉强度、名义弹性模量和伸长率退化较大,分别达到未腐蚀钢的3.00%、0.69%、1.99%和4.88%;当腐蚀时间超过12 h,最大蚀坑影响系数增加缓慢,钢的名义屈服强度、名义抗拉强度、名义弹性模量和伸长率退化较为缓慢,分别达到未腐蚀钢的7.58%、4.02%、10.27%和26.64%;随着最大蚀坑影响系数和腐蚀时间的增加,屈强比变化较小;在腐蚀试件的应力-应变本构关系曲线中,随着腐蚀时间的增加,钢材的屈服平台逐渐缩短甚至消失,钢材由延性破坏转变为脆性破坏。      

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.     

高速动车组弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀失效分析

为解决高速动车组弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀故障,统计了点蚀故障发生的位置,并对点蚀断口进行了宏观、微观分析.在此基础上,基于动车组实际运行工况编制齿轮载荷谱,按ISO 10300-2-2001标准分析了齿面接触应力,利用试验台进行多工况加载试验,获得了接触面积的变化规律和趋势;确定了等效载荷扭矩下,接触区域当量圆柱齿轮与齿宽中点法线当量圆柱齿轮的赫兹接触线长度和分度圆直径,并分析了齿面接触应力与接触面积间变化规律.研究结果表明:在变载荷运行工况下,从动齿轮锥齿小端凹面为常接触区域;在等效扭矩载荷下,实际接触区域偏离齿宽中心线,当量接触线长度和分度圆直径小于理论计算值时,实际接触应力（972.23 MPa）大于理论接触应力（777.26 MPa）,将等效扭矩载荷下齿轮凹面接触区域调整到齿宽的中部是解决齿轮点蚀故障的有效措施.      

6005A铝合金焊接接头的腐蚀行为

采用浸泡试验和电化学方法研究了6005A铝合金焊接接头在不同介质环境中的腐蚀行为,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱分析了焊缝微观组织和成分的变化.结果表明,由于ER5356焊丝Mg含量较高,致使焊缝中Mg含量高于母材,因此焊缝耐蚀性能低于母材;在浸泡试验中焊缝发生均匀腐蚀,表面呈多孔形貌,其对光线的反射明显弱于仅发生点蚀的母材,表现出焊缝发黑的现象;焊接接头在0.1 M NaCl、0.1 M Na2SO4和0.1 M NaNO3溶液中的腐蚀速度为VNaCl>VNa2SO4> VNaNO3.     

模拟酸雨腐蚀钢绞线蚀坑几何尺寸分布规律

为了探讨预应力混凝土钢绞线在模拟酸雨腐蚀下蚀坑的几何尺寸分布规律,从模拟酸雨溶液浸泡腐蚀的梁中取得腐蚀钢绞线试样,计算腐蚀率并对蚀坑形状进行观察和分类,然后在蚀坑分布集中处截取4段长80 cm的钢绞线,计算蚀坑密度并统计蚀坑长度、宽度与深度.结果表明:蚀坑形状可分为椭球形、马鞍形和棱锥形;蚀坑密度随腐蚀率增大而增大,而...     

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。     

厚度对变截面钢板弹簧应力分布的影响

为了研究在相同厚度比下不同的根部厚度,以及在相同根部厚度下不同的厚度比对变截面钢板弹簧应力分布的影响,建立变截面钢板弹簧的1/2有限元模型.结果表明,随着钢板弹簧厚度的增加,应力分布越均匀;而随着厚度比的减小,应力分布越均匀.但是厚度比越大,其对应力分布的影响越小.用合适的厚度与厚度比对某一种钢板弹簧总成优化,通过对比分析,验证厚度对变截面钢板弹簧应力分布的影响.     

应力梯度作用下非均质岩体材料变形参数的研究

针对节理岩体非均质性特征,利用概化模型、变形等效及当量化处理等方法,研究了梯度应力作用下节理岩体的变形参数变化规律.研究表明:构成岩体的成分不均匀性越显著时,等效弹性模量变化越大,计算得到的最大等效弹性模量当量变化达136%;而当岩体均匀性较好时,等效弹模当量变化小于110%.     

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.     

离子束增强沉积TiN薄膜的耐蚀性

采用不同离子束入射方向的离子束增强沉积技术（IBED）在W18Cr4V高速钢表面沉积TiN薄膜.利用阳极极化曲线测试技术研究TiN薄膜在0.5mol/L H2SO4和3％ NaCl溶液中的耐蚀性.结果表明：在0.5mol/LH2SO4溶液中,离子束入射角度为45°时的TiN薄膜的阳极极化曲线呈现自钝化,自腐蚀电位Ecorr由原始高速钢的-400 mV增至-71 mV,致钝电流密度ib和维钝电流密度ip分别比原始试样降低4个和2个数量级,耐蚀性能显著提高.在3％ NaCl溶液中,离子束入射角度分别为0°、30°沉积的TiN薄膜的阳极极化曲线均呈现自钝化-点蚀击穿过程,随着入射角度的增加,自腐蚀电位和点蚀击穿电位升高,入射角度为45°时的TiN薄膜不发生点蚀破坏,自腐蚀电位Ecorr由原始高速钢的-600 mV增至-10 mV,具有高的抗点蚀性能.     

6005A铝合金焊接接头的腐蚀行为

采用浸泡试验和电化学方法研究了6005A铝合金焊接接头在不同介质环境中的腐蚀行为,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱分析了焊缝微观组织和成分的变化．结果表明,由于ER5356焊丝Mg含量较高,致使焊缝中Mg含量高于母材,因此焊缝耐蚀性能低于母材;在浸泡试验中焊缝发生均匀腐蚀,表面呈多孔形貌,其对光线的反射明显弱于仅发生点蚀的母材,表现出焊缝发黑的现象;焊接接头在0．1MNaCl、0．1MNa2SO4和0．1MNaNO3溶液中的腐蚀速度为VNaCl〉VNa2SO4〉VNaNO3.     

腐蚀-疲劳荷载耦合作用下桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变化规律

为增强桥梁拉索高强钢丝漏磁检测的实用性,开展了腐蚀、应力单一因素作用试验与预腐蚀-疲劳-腐蚀、预疲劳-腐蚀-疲劳三阶段交互作用试验,阐述了腐蚀-疲劳耦合作用对自漏磁信号的影响机制。研究结果表明：腐蚀区域的自漏磁信号极值随腐蚀时间的增加而增加,且变化特征越发明显,腐蚀缺陷引起的异常自漏磁信号最大变化可达50 000 nT;随着疲劳加载循环次数的增加,无锈蚀高强钢丝自漏磁信号整体呈现先增加后稳定的趋势,当疲劳加载循环次数大于10 000时,磁场强度的增加速率降低且趋于平缓;预腐蚀后施加的交变应力场会削弱腐蚀缺陷引起的自漏磁信号,再次腐蚀后的磁场信号变化与预腐蚀程度有关,预腐蚀9 h后施加疲劳荷载,之后再腐蚀3 h,与单一腐蚀12 h相比,自漏磁信号强度削弱了32%;施加预疲劳交变应力场可强化磁场,导致腐蚀后自漏磁信号极值增加,当预疲劳加载循环次数从1 000增加至100 000时,自漏磁信号强度增大了30%。由此可见,早期腐蚀引起的高强钢丝异常自漏磁信号可被疲劳作用掩盖,考虑单一腐蚀与应力变化难以反映高强钢丝自漏磁检测效果,需综合考虑腐蚀-疲劳的耦合效应,以获得桥梁拉索高强钢丝自漏磁信号变...     

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

车辆荷载作用下钢-混组合桥面系的疲劳损伤

针对钢-混组合桥面系在车辆荷载作用下的疲劳失效特点,以某大跨度钢-混组合桥面系悬索桥为工程背景,建立了钢-混组合桥面系的有限元模型。基于等效疲劳损伤原理,对某长江公路大桥24h实测交通荷载数据进行计算,得到了7类典型车辆荷载模型及其频值谱。将得到的7类典型车辆荷载分别加载到有限元模型中进行计算,提取关注点的应力时程曲线。用MATLAB编制了雨流计数法程序,对应力时程数据进行处理,得到了该关注点的应力幅及循环次数。参照英国BS5400规范,对该点进行了疲劳损伤计算。研究结果表明:该疲劳点在实测车辆荷载谱作用下的应力-时程曲线呈双峰和多峰的分布形式;其最大应力幅较BS5400规范规定的常幅疲劳极限偏大;关注点的疲劳寿命比设计的低,车辆动荷载对该关注点疲劳性能的影响明显,在钢-混组合桥面系抗疲劳设计中应予以考虑。     

地震作用下高桩码头不同横排间距的三维动力响应分析

考虑了实际地层、桩-土动力相互作用的影响,采用瞬态动力时程分析法对不同横排间距直桩码头的水平地震荷载响应进行了分析;研究了码头结构在真实地震记录加速度作用下的位移、加速度、最大等效应力、剪应力以及桩的等效应力、弯矩变化规律.计算表明,横排间距平均每增大2 m:码头上部结构最大等效应力增大约9%~12%,码头上部结构最大剪应力增大约12%~15%,码头桩基的最大等效应力增大约8%~9%,码头桩内的弯矩增大约10%.随着桩间距的增加码头抗扭性能增加了,因此上部结构内力增量大于桩内内力的增量,而且整体码头结构跨间距增加到11 m时桩内等效应力接近屈服强度,但未出现应力集中屈服区,桩顶铰接后大大减小了地震的动力危害,可以把横间距增加到11 m.横排间距增大会使面板上产生较大剪应力,最大剪应力发生在面板与纵横梁形成的交角处,应对其采用局部加固的优化设计.研究成果可为深海码头结构的设计提供参考.     

局部腐蚀对圆钢管混凝土柱轴向承载力的影响分析

运用有限元软件ABAQUS对26根局部腐蚀圆钢管混凝土在轴压荷载作用下进行数值计算并与未腐蚀构件做对比,系统地分析和考察局部腐蚀的位置、局部腐蚀间的环向夹角与母线距离对钢管混凝土轴压力学性能的影响规律,确定三因素分别作用下的最不利情况。分析结果表明:对于单个蚀坑,蚀坑位于构件中间时构件的轴压承载力最低,越远离构件中部,承载力越大;对于两个蚀坑,构件的轴压承载力随蚀坑间环向夹角的增大而增大,随母线距离的增大呈先增大后减小的趋势。本研究成果对钢管混凝土在服役过程中的防护具有参考价值。     

钢轨错牙接头区轮轨接触的热弹塑性分析

为了探究钢轨错牙接头区轮轨滑动接触关系,利用有限元软件ANSYS建立了轮轨滑动接触热弹塑性二维有限元模型,分析了错牙高度、滑动速度以及常、变摩擦系数对轮轨间接触应力以及钢轨摩擦温升的影响.研究表明:轮轨间的接触应力、摩擦热、剪应力、等效应力以及等效塑性应变均随错牙高度增大而增大,错牙高度从1.6mm增加到1.8mm时剪应力、等效应力以及等效塑性应变急剧增大;轮轨接触应力等各值也随着滑动速度的增加而增大,在3m/s时存在速率突变;最大摩擦温升、剪应力、等效应力和等效塑性应变随摩擦系数的增大而增大,但轮轨接触应力则随摩擦系数的增加而减小.     

含错边缺陷压力管道的检验与安全性分析

对错边缺陷形成原因和危害进行了研究.报告了压力管道错边导致该部位发生应力集中的情况.论述了错边缺陷将严重降低管道抗疲劳性能和管道耐压强度.依据GB 50253-2003和GB/T 19624-2004对错边量5.5 mm的蒸汽管道进行校核和安全评定,安全评定表明该管道在没有其他缺陷的情况下能够安全输送介质.管道安装过程中应严格执行各项标准.对出现超标错边的压力管道,宜通过堆焊使错边处焊缝与管壁平滑过渡,从而降低错边处应力集中系数.