隨著鋼結(jié)構(gòu)橋梁的應用越來越多,服役期間列車或者汽車的反復加載使得結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷的問題越來越受到重視。本文針對鋼結(jié)構(gòu)橋梁承受動載導致應力循環(huán)為變幅循環(huán),建立了能考慮平均應力以及變幅循環(huán)的非線性累計損傷公式,通過對鋼桁架橋與鋼箱梁橋的計算,系統(tǒng)分析了這兩類橋梁的疲勞破壞特點。主要研究成果如下:（1）針對數(shù)值模擬中應力循環(huán)為變幅循環(huán),不同應力幅有著不同的非線性累計損傷速度,導致疲勞壽命不易計算的情況�；谶B續(xù)介質(zhì)熱力學和耗散能理論,通過精確計算不同幅值對應的非線性累計損傷程度,建立了能夠準確考慮平均應力、多軸應力系數(shù)、初始損傷、變幅循環(huán)的非線性累計損傷公式,該公式通過考慮循環(huán)塊中不同幅值在總損傷中的占比,避免用等效應力幅代替各應力幅值導致精算精度低、以及逐個應力幅遞推累加損傷導致計算成本過大的問題。經(jīng)過論證發(fā)現(xiàn)本文建立的公式不僅誤差在1%以內(nèi),而且能節(jié)省大量計算成本。（2）通過對非線性公式中的參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn):非線性累計程度與應力幅負相關(guān),當應力幅極大時,損傷累計變?yōu)榫�性累計。在分析應力集中處的疲勞壽命時,應考慮多軸應力系數(shù),如果簡單考慮為單軸應力疲勞損傷,誤差在±40%左右。在分析剩余疲勞... 

【文章來源】：蘭州交通大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

單軸應力循環(huán)塊中各符號示意圖

蘭州交通大學碩士學位論文-5-圖中：σm為平均應力；σmax和σmin分別為最大、最小應力；σa為應力幅；σar為半應力幅；Nb為應力循環(huán)塊的個數(shù)；k為應力循環(huán)塊中應力幅的數(shù)量。（2）損傷指標的定義損傷本構(gòu)方程必須在連續(xù)介質(zhì)力學意義上，以表征大小合適的“體單元”的力學行為，通過連續(xù)變量在體單元上的平均值來反映該體單元的局部損傷情況。過大或過小的體單元均不能良好的反映材料構(gòu)造細節(jié)處的疲勞損傷。微觀尺度上的損傷解釋為產(chǎn)生非連續(xù)的損傷面，即微孔洞塑性逐漸擴展形成的表面[30]，見圖1.2。圖1.2一維損傷單元圖中：SD為微孔洞面積，S為截面積。因此在細觀尺度上，損傷的度量可以認為是微孔洞的面積。因此在典型體元（RVE）上簡單的一維均質(zhì)損傷指標，可以簡化認為典型體元上微缺陷的有效表面密度，見式(1.1)。DDSS（1.1）但是不同位置的截面受力可能不同，導致微孔洞的發(fā)展速度不一樣。因此在疲勞損傷理論計算時，應重點關(guān)注應力較大處位置的損傷壽命，避免判斷破壞位置出現(xiàn)大的誤差。根據(jù)上式可知，損傷指標D為標量，取值范圍為0~1。當D=0時，體元上無損傷；當D=1時，體元完全斷裂。事實上無論何種材料，斷裂也就是裂紋萌生發(fā)生在D<1的不穩(wěn)定過程中，這主要是由于反復荷載導致了在剩余抵抗面上突然引起原子的分離。定義損傷臨界值Dc，該值取決于材料和載荷條件，而通常Dc在0.2~0.5的量級之間。（3）有效應力以圖1.1的典型體元為例，通常單軸應力為=F/S，若認為微孔洞上沒有應力，則材料上的實際應力定義為有效應力，它于實際承載面積有關(guān)，見式（1.2）、式（1.3）。=DFSS（1.2）

考慮變應力幅的非線性累計損傷方法及其在鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞分析中的應用-8-該公式包含理論假設(shè)是：（1）等幅加載下，材料在各個應力循環(huán)中吸收等量凈功，當累計凈功達到限值時構(gòu)件發(fā)生破壞。（2）無論應力循環(huán)為常幅或者變幅，材料破壞時的臨界凈功相等。（3）變幅加載中，各級應力幅造成的損傷互相獨立，與應力幅的作用順序無關(guān)。為了得到應力幅σi的疲勞破壞循環(huán)數(shù)為Ni，可以參考橋梁規(guī)范[20]中給出的S-N曲線，見圖1.3。圖1.3規(guī)范給出的疲勞壽命曲線圖中ΔσC為常幅疲勞極限，ΔσV為截止限，Z1~14為不同連接形式下的疲勞壽命曲線。其中Z1為無連接損傷處的母材，Z4為高強螺栓連接處的母材。S-N曲線的函數(shù)見下式。iiC11lnlnlnN(1.14)式中C和β根據(jù)不同的連接形式選取，高強螺栓連接處母材中，C為2.81E+12，β為3。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]噴丸處理對馬氏體時效超高強度鋼疲勞性能的影響[J]. 康霞,殷廣強,趙桂平.  金屬熱處理. 2020(02)
[2]金屬材料超長壽命疲勞行為及其微結(jié)構(gòu)敏感性[J]. 張若凡,詹敏,李雪,陳渝,何超,王清遠.  成都大學學報(自然科學版). 2019(03)
[3]整體節(jié)點角焊縫疲勞性能分析及壽命評估[J]. 郭琪,邢穎,韓慶華,黃欣.  建筑鋼結(jié)構(gòu)進展. 2019(03)
[4]基于裂紋閉合效應的疲勞裂紋擴展特性研究[J]. 王愛君,欒春光.  煤礦機械. 2018(02)
[5]鋼鐵材料超高周疲勞的研究進展[J]. 鄧海鵬,何柏林,于影霞,李力.  熱加工工藝. 2017(04)
[6]基于累積塑性損傷的Q345鋼疲勞裂紋擴展的過載效應研究[J]. 李逸候,楊平,董琴.  武漢理工大學學報(交通科學與工程版). 2016(06)
[7]基于ANSYS的某鐵路桁架橋的力學特性研究[J]. 周雙文,劉鳳奎.  蘭州工業(yè)學院學報. 2016(06)
[8]考慮非線性累積損傷的橋梁疲勞壽命分析[J]. 王會利,秦泗鳳,譚巖斌.  大連理工大學學報. 2016(04)
[9]Q345qD橋梁鋼高周疲勞性能及γ-P-S-N曲線試驗研究[J]. 賈單鋒,廖小偉,崔佳.  天津大學學報(自然科學與工程技術(shù)版). 2016(S1)
[10]基于實測數(shù)據(jù)的大跨橋梁疲勞標準車模型研究[J]. 鈕宏,陳源麗,田浩.  中國市政工程. 2016(01)

博士論文
[1]正交異性鋼橋面板疲勞設(shè)計參數(shù)和構(gòu)造細節(jié)研究[D]. 趙欣欣.中國鐵道科學研究院 2011

碩士論文
[1]高速鋼軌踏面疲勞裂紋的擴展特性研究[D]. 王冰.西安理工大學 2019
[2]正交異性鋼橋面板U肋—橫隔板構(gòu)造細節(jié)的疲勞性能研究[D]. 錢六五.湖南大學 2015
[3]典型高速公路實際運行車輛荷載模型研究[D]. 楊澤剛.東南大學 2015
[4]拉扭等比例加載下典型材料全壽命過程中的力學行為[D]. 趙石雷.北京工業(yè)大學 2014
[5]在役公路鋼桁架連續(xù)梁橋剩余疲勞壽命評估[D]. 張杰.重慶交通大學 2014
[6]公路正交異性鋼橋面板構(gòu)造細節(jié)的熱點應力分析及疲勞研究[D]. 馮兵.西南交通大學 2014
[7]焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞分析與研究[D]. 胡喜磊.太原科技大學 2013
[8]應用損傷力學研究鋼橋的疲勞破壞[D]. 萬志強.重慶交通大學 2012
[9]基于ANSYS的梁結(jié)構(gòu)靜態(tài)與動態(tài)分析[D]. 許小莊.東北大學 2011
[10]鋼桁架拱橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[D]. 雷霄雯.大連海事大學 2008



本文編號：3288288