混凝土材料的累积损伤破坏准则

本文基于混凝土材料疲劳损伤累积与破坏的试验结果分析，指出混凝土材料的疲劳破坏用一个确定的临界损伤值描述具有不合理性，提出了一个非线性累积损伤破坏准则，该准则抛弃了以确定的临界损伤值为描述疲劳破坏的概念，试验表明本文的非生准则与试验结果具有良好的吻合性，并给出了利用该准则预测变幅疲劳荷载下材料寿命的方法，以及基于该准则推导混凝土材料Ｓ－Ｎ曲线的原理及与试验结果的比较。     

基于刚度下降的混凝土梁疲劳累积损伤模型的研究

通过疲劳试验，引入剩余刚度和累积损伤值的概念，研究钢筋混凝土梁由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律。结果表明：荷载循环初期刚度衰减较快，且不稳定，这一阶段约占疲劳寿命的5％～10％；材料物理性能的变化规律基本稳定后，刚度衰减速率基本为一定值，剩余刚度与循环次数之间基本呈线性关系，这一阶段约占疲劳寿命的80％～90％；接近疲劳寿命时，刚度急剧下降，直至疲劳破坏，这一阶段约占疲劳寿命的3％～5％；在疲劳破坏时，混凝土梁的剩余刚度降为初始刚度的70％。基于钢筋混凝土梁疲劳的第二阶段约占疲劳寿命的85％，且在此阶段剩余刚度与循环次数之间基本呈线性关系，建立了钢筋混凝土梁累积损伤值D与循环寿命比N／Nf之间关系的数学模型。在工程应用中，可以以累积损伤值D-1作为失效判据，通过少量循环的疲劳试验确定混凝土梁刚度衰减速率k的大小，然后由D=3．317k（N／Bo）来预测钢筋混凝土梁的疲劳寿命。     

混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究

本文在室内混凝土试件弯曲疲劳试验的基础上，研究了素混凝土受弯试件在变幅重复荷载作用下的弯曲疲劳累积损伤性能，在对试验结果分析的基础上，证明了变幅疲劳荷载的大小和加载顺序对混凝土弯曲疲劳破坏有较大的影响，当疲劳荷载由小变大时，累积损伤量大于１，当疲劳荷载由大变小时，累积损伤量小于１，Ｐ－Ｍ线性累积损伤准则不适于混凝土弯曲疲劳破坏，同时验证了非线性疲劳累积损伤理论的合理性。     

基于修正韧性耗散损伤的非线性疲劳可靠性分析

在反复循环荷载作用下构件或材料易出现疲劳损伤,导致结构出现突发性疲劳脆性破坏,故需对构件或材料的疲劳损伤进行精确评价,避免灾害性事故发生。但现有的疲劳损伤评价模型为了简化分析,常忽略了荷载顺序和相互作用等效应,使得疲劳损伤分析精度不足,为此,需对构件或材料的疲劳损伤模型进行改进,使其能够精确评价疲劳损伤。基于叶笃毅提出的疲劳损伤模型,推导材料的多级疲劳损伤模型。在此基础上,通过提出对数应力平方比的幂函数等效形式来考虑荷载相互作用效应,并应用所提等效规则,结合叶笃毅多幅级疲劳模型,推导多级载荷作用下非线性疲劳损伤累积改进模型,使疲劳模型能够考虑多级荷载的顺序和相互作用效应。基于所提改进模型建立材料疲劳极限状态方程,应用概率密度演化方法对极限状态方程进行求解,并建立求解过程,分析得到材料非线性时变疲劳可靠度。最后采用材料疲劳试验对所提模型在疲劳寿命预测和可靠度分析中的准确性进行验证。研究结果表明：所建立的模型疲劳寿命预测误差最小可达1%,可靠度分析精度提高30%,表明模型具有更高精度,能够应用于工程实际。     

多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁疲劳损伤模型

地铁、轻轨等城市轨道交通混凝土结构常处在杂散电流、氯离子与疲劳荷载共同作用下服役。针对这种典型服役条件下钢筋混凝土疲劳损伤行为,开展了30V杂散电流与3.5%氯离子多环境腐蚀作用下钢筋混凝土梁四点弯曲疲劳试验研究。基于弯曲疲劳模量退化,建立用于这种典型服役条件下钢筋混凝土梁的非线性疲劳寿命预测和疲劳累积损伤模型。研究结果表明:杂散电流和氯离子多环境腐蚀对钢筋混凝土梁疲劳损伤影响显著,且疲劳荷载越大影响越大。损伤过程分初始损伤、累积损伤和失效破坏等3个阶段,破坏时无征兆。本文所建立的非线性疲劳损伤模型可描述这一损伤演化趋势,预测结果与实测值吻合较好。     

大跨度公轨两用桥轨道横梁与整体节点连接疲劳试验研究

介绍国内首座大跨度公轨两用桥——重庆菜园坝长江大桥轨道横梁与整体节点连接的足尺模型疲劳试验。首先根据大桥交通状况与设计流量，由疲劳损伤累积理论，确定其疲劳荷载谱，制定出疲劳荷载取值；然后，设计并制作了1：1足尺模型，对模型进行200万次疲劳加载试验。试验结果表明，试验模型应力水平较低，实测应力幅大致为30MPa，疲劳加载200万次后，试验模型未出现裂纹。最后根据疲劳试验结果及国内外有关规范，对轨道横梁与整体节点连接的疲劳性能进行了评价，认为在结构使用寿命期间及正常养护维修情况下，该连接不会发生疲劳开裂，疲劳强度满足要求。     

基于疲劳驱动力能量损伤参数修正的非线性疲劳寿命预测

针对疲劳驱动力能量模型中变幅载荷间交互因子难以确定的问题,考虑载荷大小次序、载荷间的干涉以及疲劳损伤程度等因素对变幅载荷作用下损伤累积规律的影响,在引入能量准则确定损伤参数的基础上,将变幅载荷应力比、载荷循环比、疲劳损伤程度引入载荷间交互因子的计算,建立分别采用载荷循环次数比和实时疲劳损伤对交互因子进行修正的改进非线性疲劳寿命预测模型。根据Q235B和铝合金2种常用材料的焊接接头在多级变幅载荷作用下的试验数据,对改进的疲劳寿命预测模型的预测能力进行验证。结果表明:在变幅载荷作用下,改进的疲劳寿命预测模型能有效地对焊接结构的疲劳寿命进行预测,相比其他模型更接近于试验结果,且模型中仅含有2个比较容易通过试验确定的常规参数,无需引入其他参数,便于应用于实际工程结构的分析及设计。     

考虑疲劳损伤约束的车辆焊接结构轻量化设计

针对车辆焊接结构轻量化与疲劳寿命问题,提出考虑焊缝疲劳损伤约束的轻量化设计方法.采用国际焊接学会(IIW)的焊接接头与部件的疲劳设计评估标准,基于迈纳尔损伤累积理论,预测焊缝的疲劳累积损伤;以结构质量最小为目标,在应力、位移等常规约束基础上,加入焊缝疲劳累积损伤约束,建立了车辆焊接结构的轻量化模型.研究基于有限元分析的结构轻量化优化设计策略,采用试验设计方法对设计空间合理抽样,以样本数据建立近似响应模型,采用数值优化算法寻优,提高复杂工程问题优化计算的效率.利用该方法对某焊接构架进行了考虑焊缝疲劳损伤约束的轻量化设计,采用均匀设计法对14个设计变量进行50次试验,以样本数据及响应值建立径向基神经网络近似模型,采用序列二次规划算法进行优化设计,质量减轻12.5%.对实例的计算证明该方法的可行性与实用性.     

扭曲载荷对160km/h货车转向架构架焊缝的疲劳损伤影响

依据UIC510-3规定的动态疲劳试验载荷和IIW提供的焊接接头疲劳强度S-N曲线,基于结构有限元分析技术和Palmgren-Miner线性累积损伤准则,对160 km/h货车转向架焊接构架侧梁主结构焊缝接头的疲劳损伤进行数值仿真计算。着重研究有无扭曲载荷作用下,各疲劳关注部位累积损伤的变化程度和规律。仿真结果及综合分析表明:扭曲载荷作用导致的损伤增幅在累积损伤较高部位最大仅约为6%,其对构架主结构的疲劳损伤影响极为有限。因此考虑到疲劳试验设备的加载能力,对160 km/h货车转向架焊接构架及摇枕进行动态疲劳试验时可不必施加线路扭曲载荷。     

考虑荷载相互作用的非线性时变疲劳可靠性分析

针对传统非线性疲劳损伤模型未考虑多级荷载间相互作用导致计算精度下降的问题,在Manson-Halford疲劳损伤模型基础上,通过引入与荷载水平相关的指数项考虑荷载相互作用,提出多级荷载作用下非线性疲劳损伤累积的改进模型;构建结构疲劳极限状态函数,并基于概率密度演化理论提出考虑非线性疲劳累积损伤的动态可靠度分析方法;采用...     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明：所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

疲劳失效寿命概率分布的连续模型

材料疲劳失效寿命分布的一般模型是在给定存活率下的疲劳曲线，而强度分布的建立，是基于给定存活率下的S－N模型，通过函数概率变换的方法实现。在某些情况下，如进行复杂应力条件下的疲劳素损伤分布分析，疲劳失交寿命和应力幅水平的连续分布模型更有意义。本文通过建立疲劳失效寿命分布参数与应力幅水平的关系，提出了一种的疲劳失效寿命关于应力幅水平概率分布的连续模型。由于疲劳试验的长时间和高费用以及在某些情况下，试验会意外终止，得到的疲劳失效寿命样本通常是不完全样本。因此，采用截尾数据的极大似然参数估计。为了建立分布参数与应力幅水产的一般规律，对疲劳试验数据手册中提供的多种材料中有代表性的金属材料分组疲劳试验数据进行了分析，结果是，随着应力幅水闰的降低，疲劳寿命分布的均值和方差均单调增加，疲劳寿命分布的概率密度曲线形态随着均值的增加而变遍、变宽。尽管材料不同，试验方法不同，试验数据的来源也不同，但所表现出的规律却是相同的。其一，概率密度曲线随应力幅水平而变化的规律是相同的；其次，均值和方差与应力幅水平成乘幂关系。通过对大量试验数据的分析，得到了两个基本的经验关系，其一是疲劳寿命均值与应力幅水平的关系；其二是方差与应力幅水平的关系。     

反复荷载作用下的混凝土损伤本构模型

混凝土损伤模型的研究,实际上是研究混凝土材料的本构行为。在外界因素作用下,材料的累积变形引起结构内部损伤发展,最终的损伤将产生宏观裂缝直至整个结构破坏。根据Najar损伤理论,提出了新的分段曲线混凝土受压损伤变量模型和混凝土受拉软化段损伤变量模型,给出了不同强度混凝土损伤变量方程和损伤演化方程。通过计算对比分析认为,建议的损伤模型与已有的混凝土本构模型较吻合。该方法的优点是参数少,不同的混凝土强度有确定的损伤演变方程,可以动态分析混凝土的累积损伤程度。在此基础上,根据已有混凝土反复荷载作用下的滞回规则,建立了在某一循环荷载下的加载、再加载、卸载路径下的损伤本构模型,该模型考虑了混凝土在反复荷载作用下的应力跌落、裂面效应、强度下降、刚度退化等力学性能。应用本文建议的模型进行反复荷载下的截面损伤计算,试验结果与文献计算结果较吻合。     

基于载荷相互作用效应的Corten-Dolan改进模型

针对变幅载荷作用下载荷间的相互作用效应对结构疲劳寿命影响显著的特点,在考虑小载荷、损伤程度和应力状态的基础上引入相邻两级应力比的幂函数对关键参数d进行修正,以表征载荷间相互作用效应的非线性影响,从而建立了改进的Corten-Dolan累积损伤模型.同时,引入参数k建立了此类改进模型的统一表达式.基于三种常用材料的试验数...     

动车铝合金车体焊接接头非线性疲劳累积损伤模型

动车铝合金车体焊接接头疲劳寿命对加载顺序比较敏感,而传统的Miner法无法考虑载荷加载顺序。本文在损伤曲线法的基础上,提出非线性累积损伤模型的数学表达式及参数拟合算法,给出平均应力情况下使用此模型的扩展算式,并对铝合金焊接的对接接头、角接接头进行两级加载实验。实验结果证明:本文模型计算误差小于10%,比传统的Miner模型有更高的精确度,说明这一模型可用于铝合金焊接结构疲劳寿命计算。     

多级载荷作用下疲劳破坏的概率分析

本文以Ｂｏｇｄａｎｏｆｆ提出的Ｂ模型为基础，运用概率统计及随机过程理论，探讨在多级载荷作用下疲劳破坏过程，在分析过程中，把疲劳损伤的许多变量处理成模型的内在因子，从而使它更贴近复杂的疲劳过程。将恒幅载荷作用下的损伤累积过程推广到多级载荷作用甚至随机载荷作用的情况，提出了在多级载荷作用下，处理荷载相互作用的方法。     

基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估

提出基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳评估方法,建立车桥动力系统模型进行列车过桥耦合振动分析,求解桥梁构件疲劳应力,在此基础上,采用S-N曲线法对关键构件的疲劳损伤和剩余使用寿命进行评估。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例,利用实测应力数据对所提方法进行验证,与既有方法评估结果进行比较,并研究了车速和轨道不平顺对桥梁疲劳性能的影响。结果表明:本文方法所得构件疲劳应力与实测数据符合较好,能够对铁路钢桥疲劳损伤和使用寿命进行准确评估;列车速度对桥梁疲劳性能有显著的影响,构件疲劳损伤程度并不一定随着车速的提高而增大;轨道不平顺能够显著影响桥梁疲劳损伤累积,轨道平顺性越好,构件疲劳损伤程度越低,加强轨道维护、保持良好轨道状态能够有效延长铁路钢桥的疲劳使用寿命。     

铸钢转向架双随机变量概率疲劳设计方法研究

根据铸钢转向架疲劳寿命计算特点，将铸钢材料疲劳试验寿命的离散性和实物结构危险部位疲劳强度影响系数的离散性看作为随机变量，建立了铸钢转向架承载构件双随机变量概率疲劳设计模型，用实测的载荷谱结合材料和实物疲劳试验数据，对转８Ａ铸钢侧架和摇枕疲劳寿命进行了可靠性分析，计算结果与实测吻合。     

运用条件下城轨车辆转向架构架疲劳寿命研究

基于长期跟踪测试实际运用条件下的动应力与车辆运行状态数据,开展城轨车辆转向架构架疲劳可靠度和疲劳损伤快速累积原因研究。采用可靠性理论与覆盖多种运用工况的疲劳寿命子样,建立构架的疲劳可靠性研究模型,得到构架疲劳控制部位高可靠度的运用寿命,与实际运用情况相符。可靠度模型为优化检修周期结构、制定构架检修提供了数据基础。数据分割后显示不同区间构架疲劳损伤区别显著。轨道波磨激发了构架高幅值和高频次的应力响应,造成构架疲劳损伤的快速累积;直线区间的轮轨激扰主要为轨缝冲击,对疲劳损伤的贡献不明显;车轮多边形的存在将对构架引入与速度直接关联的激扰并加剧构架疲劳损伤。     

基于精细模型的斜拉索疲劳损伤分析

为了更好预测斜拉索的疲劳寿命,提出了基于精细模型的斜拉索疲劳寿命分析方法。首先,基于S-N曲线建立疲劳易损指标,采用Monte-Carlo法生成随机列车荷载进行车桥耦合分析,通过易损性分析得到最易损斜拉索;然后,考虑平行钢绞线索力误差建立精细斜拉索模型,基于Miner线性累积损伤理论对精细模型进行疲劳损伤分析与寿命预测。数值仿真结果表明,该方法可以较精确地确定每根钢绞线斜拉索的疲劳位置和疲劳程度;成桥索力较大的斜拉索易于发生疲劳损伤,疲劳损伤多发生在锚固段,且外侧钢绞线疲劳损伤程度较大。