預腐蝕及復雜應力場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，實際工程中鋼橋焊接接頭大多處于復雜應力狀態(tài)，因此本文針對預腐蝕及復雜應力場下鋼橋焊接接頭的疲勞性能展開研究。
　　(1)介紹了疲勞壽命評估方法、多軸疲勞破壞準則以及多軸疲勞試驗的研究情況。歸納總結了鋼橋腐蝕類型、影響因素、腐蝕預測模型和腐蝕試驗方法。闡述了腐蝕疲勞裂紋萌生機理和擴展機理的研究現(xiàn)狀，概述了國內(nèi)外學者對腐蝕疲勞壽命評估的研究進展。
　　(2)參考國內(nèi)外文獻，構造不同傾角(

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力和剪應力共同作用下的復雜應力場。采用線性外推、二次外推和1mm法計算焊接接頭的熱點應力，根據(jù)不同網(wǎng)格尺寸的計算結果來確定合適的網(wǎng)格密度。分析熱點正應力集中系數(shù)和熱點剪應力集中系數(shù)隨傾角的變化情況。最后，分別采用等效應力法、相互作用方程法和雙參數(shù)臨界面法進行疲勞壽命評估，并與試驗結果進行對比分析，推薦采用線性外推法計算熱點應力，等效應力法來預測復雜應力場下焊接接頭的疲

3、勞壽命。
　　(3)總結了大量的腐蝕坑深度模型，介紹了腐蝕坑缺口和裂紋當量化技術，最終采用最簡單的冪函數(shù)模型表示蝕坑深度與時間的關系，為了研究當單個蝕坑尺寸對疲勞壽命的影響，把蝕坑當作形狀規(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行疲勞試驗，得到了它們的S-N曲線。研究不同腐蝕損傷對焊接接頭熱點應力集中系數(shù)和疲勞缺口系數(shù)的影響，提出了一種考慮

4、腐蝕深度和應力幅的腐蝕疲勞壽命影響系數(shù)定義方式，根據(jù)試驗結果擬合得到了它的表達式。結果表明蝕坑缺口對焊接接頭的疲勞性能有一定影響，但不是很敏感;不同腐蝕深度和應力幅下焊接接頭的疲勞強度降低程度不同。
　　(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象，采用數(shù)值方法計算焊接接頭表面裂紋的應力強度因子，分析不同蝕坑尺寸、裂紋形狀比和裂紋深度對焊接接頭應力強度因子的影響規(guī)律。結果表明蝕坑深度對應力強度因子的影響

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

6、應力幅和腐蝕程度下有效應力強度因子幅、裂紋擴展角與裂紋深度的關系，裂紋深度與循環(huán)次數(shù)的關系，對比分析了模擬和實際裂紋擴展路徑。結果表明裂紋擴展模擬路徑與實際路徑符合較好，修正后的裂紋擴展速率得到的疲勞壽命與試驗結果吻合較好，基于最大周向應力準則的裂紋形狀修正系數(shù)能夠用于疲勞壽命計算。
　　(7)從損傷力學角度出發(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