預(yù)腐蝕及復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)下鋼橋焊接接頭疲勞性能研究.pdf

1、環(huán)境腐蝕和疲勞是影響鋼橋耐久性的重要因素，實(shí)際工程中鋼橋焊接接頭大多處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，因此本文針對(duì)預(yù)腐蝕及復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)下鋼橋焊接接頭的疲勞性能展開研究。
　　(1)介紹了疲勞壽命評(píng)估方法、多軸疲勞破壞準(zhǔn)則以及多軸疲勞試驗(yàn)的研究情況。歸納總結(jié)了鋼橋腐蝕類型、影響因素、腐蝕預(yù)測(cè)模型和腐蝕試驗(yàn)方法。闡述了腐蝕疲勞裂紋萌生機(jī)理和擴(kuò)展機(jī)理的研究現(xiàn)狀，概述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)腐蝕疲勞壽命評(píng)估的研究進(jìn)展。
　　(2)參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，構(gòu)造不同傾角(

2、0°、15°、30°、45°)全熔透承載角焊縫十字形焊接接頭來模擬正應(yīng)力和剪應(yīng)力共同作用下的復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)。采用線性外推、二次外推和1mm法計(jì)算焊接接頭的熱點(diǎn)應(yīng)力，根據(jù)不同網(wǎng)格尺寸的計(jì)算結(jié)果來確定合適的網(wǎng)格密度。分析熱點(diǎn)正應(yīng)力集中系數(shù)和熱點(diǎn)剪應(yīng)力集中系數(shù)隨傾角的變化情況。最后，分別采用等效應(yīng)力法、相互作用方程法和雙參數(shù)臨界面法進(jìn)行疲勞壽命評(píng)估，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，推薦采用線性外推法計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力，等效應(yīng)力法來預(yù)測(cè)復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)下焊接接頭的疲

3、勞壽命。
　　(3)總結(jié)了大量的腐蝕坑深度模型，介紹了腐蝕坑缺口和裂紋當(dāng)量化技術(shù)，最終采用最簡(jiǎn)單的冪函數(shù)模型表示蝕坑深度與時(shí)間的關(guān)系，為了研究當(dāng)單個(gè)蝕坑尺寸對(duì)疲勞壽命的影響，把蝕坑當(dāng)作形狀規(guī)則的球形缺口來處理，并且考慮兩種不同的蝕坑深度。
　　(4)對(duì)3種不同腐蝕程度下的45°傾角全熔透承載角焊縫十字形焊接接頭進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，得到了它們的S-N曲線。研究不同腐蝕損傷對(duì)焊接接頭熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)和疲勞缺口系數(shù)的影響，提出了一種考慮

4、腐蝕深度和應(yīng)力幅的腐蝕疲勞壽命影響系數(shù)定義方式，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合得到了它的表達(dá)式。結(jié)果表明蝕坑缺口對(duì)焊接接頭的疲勞性能有一定影響，但不是很敏感;不同腐蝕深度和應(yīng)力幅下焊接接頭的疲勞強(qiáng)度降低程度不同。
　　(5)以不同腐蝕程度下45°傾角全熔透承載角焊縫十字形焊接接頭為研究對(duì)象，采用數(shù)值方法計(jì)算焊接接頭表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子，分析不同蝕坑尺寸、裂紋形狀比和裂紋深度對(duì)焊接接頭應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律。結(jié)果表明蝕坑深度對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響

5、起主要作用，蝕坑球半徑的影響比較小;裂紋表面點(diǎn)為Ⅰ型開裂，而最深點(diǎn)為Ⅰ+Ⅱ復(fù)合型開裂;蝕坑深度、裂紋形狀比和裂紋深度對(duì)表面點(diǎn)應(yīng)力強(qiáng)度因子影響大于最深點(diǎn)。
　　(6)根據(jù)不同腐蝕程度下十字形焊接接頭的S-N曲線計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展速率公式參數(shù)，采用數(shù)值方法模擬不同復(fù)合型裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則下十字形焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展，基于多項(xiàng)式擬合得到了不同復(fù)合型裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則下的裂紋形狀修正系數(shù)，最終采用最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則對(duì)裂紋擴(kuò)展速率公式進(jìn)行修正。給出了不同

6、應(yīng)力幅和腐蝕程度下有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅、裂紋擴(kuò)展角與裂紋深度的關(guān)系，裂紋深度與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，對(duì)比分析了模擬和實(shí)際裂紋擴(kuò)展路徑。結(jié)果表明裂紋擴(kuò)展模擬路徑與實(shí)際路徑符合較好，修正后的裂紋擴(kuò)展速率得到的疲勞壽命與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，基于最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的裂紋形狀修正系數(shù)能夠用于疲勞壽命計(jì)算。
　　(7)從損傷力學(xué)角度出發(fā)提出焊接接頭疲勞損傷模型，采用裂紋尺寸來定義損傷變量，給出了兩種損傷演化模型:Chaboche模型和Lemaitre模型