橋梁構(gòu)件局部熱點(diǎn)應(yīng)力分析及其疲勞損傷累積過程模擬.pdf

1、該文的研究工作是圍繞著大跨度橋梁在交通荷載作用下,關(guān)鍵焊接構(gòu)件的局部熱點(diǎn)應(yīng)力分析和相應(yīng)的疲勞損傷累積分析而展開的,目的為了對這些焊接構(gòu)件內(nèi)的疲勞損傷累積的過程進(jìn)行比較準(zhǔn)確的評估.首先,在青馬大橋三維有限元模型和整體動(dòng)力響應(yīng)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行關(guān)鍵疲勞構(gòu)件的局部熱點(diǎn)應(yīng)力分析,對疲勞危險(xiǎn)部位處的焊接構(gòu)件建立三維有限元模型,施加符合橋梁實(shí)際工況的載荷與位移邊界條件,進(jìn)行局部熱點(diǎn)應(yīng)力分析,確定這些焊接構(gòu)件內(nèi)的名義應(yīng)力和相鄰焊接區(qū)域內(nèi)熱點(diǎn)應(yīng)

2、力之間的關(guān)系,得到相應(yīng)的應(yīng)力集中系數(shù).這些初步成果為利用安裝在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)上輸出的應(yīng)變一時(shí)程數(shù)據(jù),對這類焊接構(gòu)件進(jìn)行熱點(diǎn)應(yīng)力推算和準(zhǔn)確合理的疲勞損傷評估提供了理論和計(jì)算基礎(chǔ).其次,針對大跨結(jié)構(gòu)多尺度損傷模擬的需要研究建立相應(yīng)的過渡單元,以便于實(shí)現(xiàn)局部熱點(diǎn)分析單元與結(jié)構(gòu)單元之間的過渡.在綜合已有的構(gòu)造過渡單元模型關(guān)于位移插值形式的基礎(chǔ)上,通過采用分段線性位移插值模式和線性位移插值方式,并在位移模式中引入非協(xié)調(diào)位移模式,強(qiáng)迫構(gòu)造單元

3、通過分片試驗(yàn),構(gòu)造了一種用于疏密網(wǎng)格單元連接過渡單元.進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值分析,應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明:構(gòu)造的過渡單元能夠?qū)崿F(xiàn)疏密網(wǎng)格之間的單元過渡,應(yīng)力計(jì)算性能良好,表明文中所提出的過渡單元的連接過渡方案是可行的,初步實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)跨尺度損傷模擬過程中所需要的疏密網(wǎng)格單元之間的過渡.為了驗(yàn)證文中構(gòu)造的過渡單元模型用于分析焊接節(jié)點(diǎn)附近的應(yīng)力集中問題的正確性和有效性,進(jìn)一步又對過渡單元模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證,采用平面過渡單元模型計(jì)算了本課題組進(jìn)行的兩類焊

4、接構(gòu)件的應(yīng)力集中系數(shù),并與根據(jù)實(shí)測方法得到的應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行了比較,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試得到的應(yīng)力集中系數(shù)和相應(yīng)的熱點(diǎn)應(yīng)力變化趨勢比較吻合,為該文建立的過渡單元的實(shí)際應(yīng)用提供了初步的基礎(chǔ).第三,將基于損傷力學(xué)的疲勞損傷有限元分析的全耦合過程,嵌入到商用有限元軟件包ABAQUS的用戶接口里.采用全耦合疲勞損傷分析方法,對青馬大橋關(guān)鍵焊接構(gòu)件進(jìn)行疲勞損傷累積分析,結(jié)果表明:疲勞損傷的累積過程具有局部性;疲勞損傷場與應(yīng)力場之間存在著相互作用;廣

5、泛采用的線性米勒準(zhǔn)則用于疲勞壽命評估是偏于安全的.這種偏于安全的誤差,用于結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)是合適的,但對于在役結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積的準(zhǔn)確評估卻是不利的.該方法為橋梁結(jié)構(gòu)基于有限元熱點(diǎn)應(yīng)力分析和損傷力學(xué)理論進(jìn)行局部疲勞損傷累積的準(zhǔn)確評估提供了可行的方法和理論基礎(chǔ).最后,考慮到實(shí)際焊接構(gòu)件往往會(huì)存在初始缺陷,進(jìn)一步研究了含初始缺陷的橋梁焊接構(gòu)件的疲勞分析方法.在分析已有的大量含裂紋構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,以及結(jié)合本課題組所做實(shí)驗(yàn),假設(shè)初始裂紋焊接構(gòu)件在