钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法,采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究,采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型,并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果. 研究结果表明:纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展,采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%,能够有效抑制疲劳裂纹的扩展;栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%,裂纹扩展速率显著降低;对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固,裂尖应力强度因子幅值均降低60%～90%,但随着疲劳裂纹长度的增加,栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低,加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.      

内燃机车胀接式散热器拉脱疲劳试验及分析

针对目前机车散热单节一般采用钎焊将扁管两端与管板连接起来的方式所存在的容易裂漏及可靠性低的缺点,对将管板连接方式改为胀接机械式连接的方法进行了拉脱及疲劳试验分析.拉脱和疲劳试验考核表明,改为胀接式后,提高了散热单节的可靠性.     

铁道货车车轮CL60钢在450℃时的低循环疲劳行为

铁道货车车轮产生损伤失效的主要原因是承受了复杂的热载荷和机械载荷的联合作用,而高温低循环疲劳是车轮踏面区域产生损伤的重要机理之一.针对铁道货车车轮CL60钢进行了450℃时的高温低循环疲劳实验.研究发现：在整个循环过程中,应力-应变关系曲线的变化趋势基本一致;随着循环周次的进行,拉压应力峰值呈现出连续的降低态势,压应力峰值减幅略大于拉应力峰值减幅,表现了低循环疲劳的典型特性;试样断口上出现了较为严重的氧化现象,断口裂纹扩展以穿晶为主.     

服役温度对BFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响

在车辆轻量化设计过程中, 为了预测BFRP/铝合金粘接接头在服役温度下的静态失效行为, 加工了处于拉应力、剪应力与拉剪组合应力状态的粘接接头, 根据车辆服役温度特点, 选取-40℃、-10℃、20℃、50℃、80℃五个温度测点, 通过准静态拉伸试验, 得到不同应力状态下接头失效强度随温度的变化规律, 分析了粘接接头失效形式和失效准则; 基于粘接接头在不同温度下的拉、剪应力, 建立了接头的二次应力失效准则方程, 对不同温度下的接头强度进行失效预测。分析结果表明: 粘接接头的失效强度受温度的影响明显, 随温度升高, 失效强度减小; 粘接接头中剪应力和拉应力的不同占比也会对接头失效强度造成一定的影响, 随着剪应力比例增大, 温度升高使接头失效强度下降更明显; 相比于低温-40℃, 高温80℃时的拉伸接头与剪切接头失效强度的下降幅度分别为47.77%与61.49%;随着温度升高, 粘接剂的失效应力和杨氏模量逐渐减小, 而失效应变逐渐增大, 说明温度很大程度上影响了粘接剂的力学性能; 粘接接头失效形式为内聚和纤维撕裂的混合失效, 拉应力作用下接头更容易发生纤维撕裂, 并且随温度升高, 纤维撕裂面积减小, 因此, 为了防止纤维撕裂, 需要避免粘接接头受拉应力作用; 粘接接头在不同温度下的二次应力失效准则曲线拟合精度均在0.957以上, 并绘制了失效准则响应曲面, 直观反映了粘接接头失效强度在车辆服役温度下的变化规律。      

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.     

机场道面高频振捣密实混凝土弯曲疲劳性能演化特征

为了验证高频振捣滑模摊铺工艺的可靠性及其对含大粒径骨料(最大粒径为40 mm)干硬性混凝土疲劳演化特征的影响, 分别采用小型机具施工工艺(低频振捣)和滑模施工工艺(高频振捣)在郑州新郑机场摊铺40 cm厚混凝土道面板; 对现场切割试件与室内相同配比成型的试件(尺寸均为150 mm×150 mm×550 mm)进行了弯拉强度与疲劳试验, 测量了跨中梁底应变和竖向位移; 根据可靠度理论分析了不同工艺成型混凝土小梁的弯曲疲劳寿命概率分布特征, 建立了弯曲疲劳方程, 进一步分析了试件的弹性模量衰减特征和梁底残余拉伸应变演变规律。研究结果表明: 高频振捣工艺能使混凝土更加致密, 试件平均疲劳寿命较低频振动成型试件长约27%;双对数疲劳方程能够很好地表征含大粒径骨料道面混凝土的疲劳行为; 高应力水平下高频振捣成型混凝土疲劳寿命比室内成型混凝土长4%, 低应力水平下高频振捣成型混凝土疲劳寿命比室内成型混凝土长18%以上; 混凝土抗弯拉弹性模量随加载循环比的增加基本呈线性衰减特征, 试件临近破坏时的抗弯拉弹性模量为初始模量的50%~80%;在重复荷载作用下, 梁底轴向残余应变随加载次数的增加而增大; 提出的4种典型演化形态可表征不同应力水平下混凝土残余应变的复杂增长趋势; 骨料粒径增大是导致试件疲劳性能演变规律离散性的主要原因, 疲劳荷载作用下的累积损伤和骨料依次失效过程是混凝土残余应变演化曲线出现明显台阶特征的主要原因。研究结果为进一步通过足尺环道加速加载试验建立室内试验与现场足尺道面板性能关联方程奠定了基础。      

拌和温度对SMA-13沥青混合料性能影响研究

以某工程SMA—13混合料为研究对象,设置160℃、170℃、180℃3种拌和温度,制作马歇尔试件及疲劳试件,进行平行试验,研究室内拌和温度变化对SMA—13混合料的马歇尔试验指标及疲劳性能的影响程度.试验结果表明:SMA—13沥青混合料的稳定度、沥青饱和度、毛体积密度与拌和温度呈现出正相关关系,但空隙率、矿料间隙率、流值与拌和温度呈现出反相关关系,最终确定170℃为SMA—13混合料的最佳拌和温度.拌和温度影响了SMA—13沥青混合料的疲劳性能,同一应力水平下,拌和温度由160℃升到180℃时,疲劳寿命先增大后减少,拌和温度在170℃时试件的疲劳寿命最大.     

黏土脏污对道砟集料的应力-剪胀关系影响

列车循环荷载下，铁路地基层中的黏土颗粒会逐渐侵入道砟层，降低道床承载性能. 通过开展一系列大型直剪试验，对黏土脏污质污染下的受格栅加筋道砟集料和未受格栅加筋道砟集料的强度及变形发展、应力-剪胀关系进行了研究. 试验结果表明:随着脏污程度的增加，道砟集料在剪切过程中强度及法向变形均降低；干净道砟集料的应力比与剪胀比呈一阶线性关系，而黏土污染的道砟集料塑性增强，在剪应力峰值状态下剪胀比更高而抗剪强度发展缓慢，导致应力比与剪胀比呈二阶多项式关系；高法向压力下，道砟集料具有更低的剪胀比；黏土脏污质的存在会减小道砟集料的变形破坏速率，但降低了集料的抗剪强度，而格栅的加筋作用可弥补由于黏土脏污引起的强度降低.      

热矫正对Q345E低合金钢角接接头疲劳性能的影响

通过三点弯曲疲劳试验对Q345E低合金钢T型角接接头的疲劳性能进行研究,并将700℃矫正、800℃矫正和1000℃矫正与不矫正的T型角接接头中值疲劳强度进行了对比.结果表明:随着矫正温度的升高,Q345E低合金钢T型角接接头疲劳性能呈上升趋势,700℃矫正、800℃矫正、1 000℃矫正的T型角接接头的疲劳强度与不矫正试件相比分别升高45、45和47.5 MPa,1 000℃矫正试件疲劳强度最高.试件的疲劳裂纹均从试件边缘(夹渣)处启裂,启裂区和扩展区均具有典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰并很粗,终断区为韧窝型韧性断口.     

不同层间接触条件下水泥稳定碎石疲劳性能研究

为了研究不同应力水平下各因素对水泥稳定碎石疲劳性能影响程度的大小,对一次整体成型、分层连续成型、分层间断成型3种不同层间接触状态的水泥稳定碎石试件分别进行了疲劳试验、剪切试验、抗压试验、劈裂试验、抗折试验,在水泥稳定碎石疲劳性能结果分析的基础上,利用灰色关联度分析方法,对影响水泥稳定碎石疲劳性能的因素进行了排序与分析。结果表明:在相同的材料组成及养护条件下,随着层间粘结性的降低,水泥稳定碎石基层的疲劳寿命明显降低;各因素对水泥稳定碎石疲劳性能影响的灰色关联度排序为:接触状态和抗剪强度、抗折强度、劈裂强度、抗压强度、抗压回弹模量。     

利用有限元对6200柴油机功率提升前后缸盖强度的对比分析

建立了6200柴油机缸盖的实体模型和有限元模型，利用发动机热力仿真软件、CFD软件与有限元软件的交叉计算为气缸盖的强度计算提供了温度场和传热系数分布等边界条件。在此基础上，对柴油机功率提升前后气缸盖在预紧工况、热-机械耦合作用及爆发-热-机械耦合作用下承受的最大拉应力情况进行了计算分析，确定了各影响因素在缸盖上产生最大拉应力的主要位置。对气缸盖的疲劳强度安全系数进行了计算分析，为生产部门进行柴油机功率的提升提供了理论参考。1000h的可靠性实验证明了计算结果的合理性。     

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。      

富水条件下沥青混凝土疲劳性能试验研究

根据厚沥青面层自身的受力特点,采用应力控制模式对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混凝土进行无水和富水条件下间接拉伸疲劳试验,得到不同应力水平作用下的疲劳试验结果,回归建立了应力-疲劳方程,并从疲劳寿命、疲劳方程特征参数、疲劳破坏形态等方面分析了水对沥青混凝土疲劳性能的影响.研究结果表明,在相同的应力水平作用下,富水沥青混凝土疲劳寿命仅约为无水沥青混凝土的24%～30%;沥青混凝土的应力水平与疲劳寿命在双对数坐标中呈现较好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;富水状态下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,充分证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土富水状态的合理性.     

荷载与温度耦合下沥青路面结构复合型反射裂缝断裂分析

根据疲劳断裂理论,以ANSYS中APDL参数化命令为开发平台,编制出荷载与温度耦合作用下的沥青路面结构复合型反射裂缝疲劳扩展分析程序,并采用最大周向拉应力理论,判断复合型裂纹的扩展路径和方向,计算分析了荷载作用位置、层间接触状态、各结构层参数对裂缝扩展过程中复合型应力强度因子的影响变化规律．     

循环荷载下岩石应变率双因素模型实验研究

在单轴压缩、恒幅和变幅下,分别对花岗岩、白砂岩和大理岩进行循环荷载疲劳试验,建立了一种测定岩石疲劳应变率双因素实验模型.实验结果表明,变幅应力是影响岩石疲劳变形特性的主要因素;变幅与恒幅应力相比,变幅应力的基础疲劳寿命和临界强度分别降低了15.8%~18.0%和21.6%~25.8%,临界应变率增加了17.3%~21.3%.尽管岩石的试验数据离散性很大,但该模型对于测定岩石的疲劳应变率和疲劳寿命具有良好的适应性;与传统方法相比,它更准确、更符合实际;该模型对岩石疲劳变形规律的研究和岩石基础工程长期稳定性监测具有实用价值.     

表面含裂缝沥青路面低温收缩断裂分析

考虑沥青混合料的感温特性,应用ABAQUS的瞬态热分析和热-力耦合求解技术,采用奇异单元及断裂力学理论,对沥青路面在低温大温差作用下的温度应力表面裂缝问题进行了数值分析.分析结果表明：外界环境温度变化对沥青路面面层的影响最大,其次是基层;低温收缩产生的温度拉应力在裂尖附近急剧增大,导致材料损伤,致使裂缝进一步扩展;降温幅度对应力强度因子KⅠ的影响显著,大温差是高寒地区沥青路面损伤的重要原因.     

考虑非均匀性的沥青混凝土间接拉伸强度测定仪研制与应用

为了研究非均匀性对沥青混凝土抗拉特性的影响,设计了一种测定间接抗拉强度的试验装置.试件设计成圆环形,对试件内壁施加均布径向水压力使其拉伸变形和破坏.在水压力作用下,试件沿半径方向在试件内壁产生相同拉应力,在拉应力作用下,根据试样本身的不均匀性会在试件最薄弱处产生破裂面.试验结果表明:数据稳定可靠,散布小,重复性好,所提供的试验装置简单而有效.     

基于基床温度的水泥路面早龄期应力强度比分析

为探究板基床温度对水泥混凝土路面早龄期开裂的影响,在相同施工环境条件下向温度分别为10,15,20,25,30,35℃的基床上铺筑水泥混凝土面层,基于Hiperpav软件,分别测算铺筑72 h内路面板弯拉强度和最大主应力的发展规律,并比较其开裂风险。结果表明:基床温度越高,路面板弯拉强度形成越快,结构应力出现越早,且强度和应力均大于基床温度较低时,因此应选择基床温度较低时铺筑水泥混凝土面层;面层浇筑后的48 h内,基床温度差异对路面板结构应力的影响远大于弯拉强度,因此应重视该时段的外部养生,以降低基床温度高引起的开裂风险;面层混凝土终凝时,应力强度比达到第一次峰值,之后,环境温度逐渐取代基床温度成为影响强度应力比的主导因素,因此针对基床温度差异引起的开裂,其控制措施应在终凝前施加。     

半刚性基层材料的疲劳特性

采用振动法制作了4种半刚性基层材料不同结构类型的梁试件,应用MTS试验机进行了疲劳性能试验,利用Weibull分布函数对疲劳试验结果进行回归分析,建立了不同材料不同结构试件的室内疲劳寿命预估模型,分析了半刚性基层材料的结构类型和弯拉强度对疲劳寿命的影响.分析结果表明:不同半刚性基层材料疲劳方程的回归系数a、b有差别.水泥稳定类材料的疲劳方程除骨架空隙结构类型外均较接近,回归系数a为0.969～1.110,回归系数b为-0.073～0.096.二灰稳定类材料的疲劳方程的回归系数a为1.129～1.173,回归系数b为-0.079～-0.083.0.70应力水平下水泥稳定碎石骨架密实结构的疲劳寿命对数为3.602,悬浮密实结构的为3.118,因此,骨架密实结构的抗疲劳性能优于悬浮密实结构.0.70应力水平下二灰稳定碎石的疲劳寿命对数为5.006,水泥稳定类材料的疲劳寿命对数最大为3.724,因此,前者的抗疲劳性能优于后者.     

钢桥顶板与竖向加劲肋疲劳性能衰退影响分析

制作6个顶板与竖向加劲肋连接细节试件,考虑了焊缝熔透率和加载应力幅进行疲劳等幅加载试验。通过比较应力幅变化速率,研究了两种焊缝(角焊缝和全熔透焊缝)试件的疲劳性能,分析了疲劳性能衰退影响因素。分析结果表明：裂纹开展过程中,全熔透焊缝试件相对于角焊缝试件,其应力幅衰退变化更显著。试件疲劳裂纹开展至距离焊趾处10 mm 时,试件的疲劳性能衰退得较快;超过10 mm后,试件的疲劳性能衰退速率逐渐降低。该试验中,75%熔透率角焊缝试件的疲劳性能比全熔透焊缝试件的衰退得慢,75%熔透率角焊缝试件的疲劳性能比全熔透焊缝试件的好。