隨著鋼結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用越來(lái)越多,服役期間列車(chē)或者汽車(chē)的反復(fù)加載使得結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷的問(wèn)題越來(lái)越受到重視。本文針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁承受動(dòng)載導(dǎo)致應(yīng)力循環(huán)為變幅循環(huán),建立了能考慮平均應(yīng)力以及變幅循環(huán)的非線性累計(jì)損傷公式,通過(guò)對(duì)鋼桁架橋與鋼箱梁橋的計(jì)算,系統(tǒng)分析了這兩類(lèi)橋梁的疲勞破壞特點(diǎn)。主要研究成果如下:（1）針對(duì)數(shù)值模擬中應(yīng)力循環(huán)為變幅循環(huán),不同應(yīng)力幅有著不同的非線性累計(jì)損傷速度,導(dǎo)致疲勞壽命不易計(jì)算的情況�；谶B續(xù)介質(zhì)熱力學(xué)和耗散能理論,通過(guò)精確計(jì)算不同幅值對(duì)應(yīng)的非線性累計(jì)損傷程度,建立了能夠準(zhǔn)確考慮平均應(yīng)力、多軸應(yīng)力系數(shù)、初始損傷、變幅循環(huán)的非線性累計(jì)損傷公式,該公式通過(guò)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(yīng)力幅代替各應(yīng)力幅值導(dǎo)致精算精度低、以及逐個(gè)應(yīng)力幅遞推累加損傷導(dǎo)致計(jì)算成本過(guò)大的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)論證發(fā)現(xiàn)本文建立的公式不僅誤差在1%以?xún)?nèi),而且能節(jié)省大量計(jì)算成本。（2）通過(guò)對(duì)非線性公式中的參數(shù)的分析發(fā)現(xiàn):非線性累計(jì)程度與應(yīng)力幅負(fù)相關(guān),當(dāng)應(yīng)力幅極大時(shí),損傷累計(jì)變?yōu)榫�性累計(jì)。在分析應(yīng)力集中處的疲勞壽命時(shí),應(yīng)考慮多軸應(yīng)力系數(shù),如果簡(jiǎn)單考慮為單軸應(yīng)力疲勞損傷,誤差在±40%左右。在分析剩余疲勞... 

【文章來(lái)源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

單軸應(yīng)力循環(huán)塊中各符號(hào)示意圖

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-5-圖中：σm為平均應(yīng)力；σmax和σmin分別為最大、最小應(yīng)力；σa為應(yīng)力幅；σar為半應(yīng)力幅；Nb為應(yīng)力循環(huán)塊的個(gè)數(shù)；k為應(yīng)力循環(huán)塊中應(yīng)力幅的數(shù)量。（2）損傷指標(biāo)的定義損傷本構(gòu)方程必須在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)意義上，以表征大小合適的“體單元”的力學(xué)行為，通過(guò)連續(xù)變量在體單元上的平均值來(lái)反映該體單元的局部損傷情況。過(guò)大或過(guò)小的體單元均不能良好的反映材料構(gòu)造細(xì)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(kuò)展形成的表面[30]，見(jiàn)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(xì)觀尺度上，損傷的度量可以認(rèn)為是微孔洞的面積。因此在典型體元（RVE）上簡(jiǎn)單的一維均質(zhì)損傷指標(biāo)，可以簡(jiǎn)化認(rèn)為典型體元上微缺陷的有效表面密度，見(jiàn)式(1.1)。DDSS（1.1）但是不同位置的截面受力可能不同，導(dǎo)致微孔洞的發(fā)展速度不一樣。因此在疲勞損傷理論計(jì)算時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)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(biāo)D為標(biāo)量，取值范圍為0~1。當(dāng)D=0時(shí)，體元上無(wú)損傷；當(dāng)D=1時(shí)，體元完全斷裂。事實(shí)上無(wú)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(guò)程中，這主要是由于反復(fù)荷載導(dǎo)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(jí)之間。（3）有效應(yīng)力以圖1.1的典型體元為例，通常單軸應(yīng)力為=F/S，若認(rèn)為微孔洞上沒(méi)有應(yīng)力，則材料上的實(shí)際應(yīng)力定義為有效應(yīng)力，它于實(shí)際承載面積有關(guān)，見(jiàn)式（1.2）、式（1.3）。=DFSS（1.2）

考慮變應(yīng)力幅的非線性累計(jì)損傷方法及其在鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞分析中的應(yīng)用-8-該公式包含理論假設(shè)是：（1）等幅加載下，材料在各個(gè)應(yīng)力循環(huán)中吸收等量?jī)艄�，�?dāng)累計(jì)凈功達(dá)到限值時(shí)構(gòu)件發(fā)生破壞。（2）無(wú)論應(yīng)力循環(huán)為常幅或者變幅，材料破壞時(shí)的臨界凈功相等。（3）變幅加載中，各級(jí)應(yīng)力幅造成的損傷互相獨(dú)立，與應(yīng)力幅的作用順序無(wú)關(guān)。為了得到應(yīng)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(jiàn)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(wú)連接損傷處的母材，Z4為高強(qiáng)螺栓連接處的母材。S-N曲線的函數(shù)見(jiàn)下式。iiC11lnlnlnN(1.14)式中C和β根據(jù)不同的連接形式選取，高強(qiáng)螺栓連接處母材中，C為2.81E+12，β為3。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]噴丸處理對(duì)馬氏體時(shí)效超高強(qiáng)度鋼疲勞性能的影響[J]. 康霞,殷廣強(qiáng),趙桂平.  金屬熱處理. 2020(02)
[2]金屬材料超長(zhǎng)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(yuǎn).  成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(03)
[3]整體節(jié)點(diǎn)角焊縫疲勞性能分析及壽命評(píng)估[J]. 郭琪,邢穎,韓慶華,黃欣.  建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展. 2019(03)
[4]基于裂紋閉合效應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究[J]. 王愛(ài)君,欒春光.  煤礦機(jī)械. 2018(02)
[5]鋼鐵材料超高周疲勞的研究進(jìn)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(kuò)展的過(guò)載效應(yīng)研究[J]. 李逸候,楊平,董琴.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版). 2016(06)
[7]基于ANSYS的某鐵路桁架橋的力學(xué)特性研究[J]. 周雙文,劉鳳奎.  蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào). 2016(06)
[8]考慮非線性累積損傷的橋梁疲勞壽命分析[J]. 王會(huì)利,秦泗鳳,譚巖斌.  大連理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
[9]Q345qD橋梁鋼高周疲勞性能及γ-P-S-N曲線試驗(yàn)研究[J]. 賈單鋒,廖小偉,崔佳.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2016(S1)
[10]基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的大跨橋梁疲勞標(biāo)準(zhǔn)車(chē)模型研究[J]. 鈕宏,陳源麗,田浩.  中國(guó)市政工程. 2016(01)

博士論文
[1]正交異性鋼橋面板疲勞設(shè)計(jì)參數(shù)和構(gòu)造細(xì)節(jié)研究[D]. 趙欣欣.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 2011

碩士論文
[1]高速鋼軌踏面疲勞裂紋的擴(kuò)展特性研究[D]. 王冰.西安理工大學(xué) 2019
[2]正交異性鋼橋面板U肋—橫隔板構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞性能研究[D]. 錢(qián)六五.湖南大學(xué) 2015
[3]典型高速公路實(shí)際運(yùn)行車(chē)輛荷載模型研究[D]. 楊澤剛.東南大學(xué) 2015
[4]拉扭等比例加載下典型材料全壽命過(guò)程中的力學(xué)行為[D]. 趙石雷.北京工業(yè)大學(xué) 2014
[5]在役公路鋼桁架連續(xù)梁橋剩余疲勞壽命評(píng)估[D]. 張杰.重慶交通大學(xué) 2014
[6]公路正交異性鋼橋面板構(gòu)造細(xì)節(jié)的熱點(diǎn)應(yīng)力分析及疲勞研究[D]. 馮兵.西南交通大學(xué) 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(xué) 2013
[8]應(yīng)用損傷力學(xué)研究鋼橋的疲勞破壞[D]. 萬(wàn)志強(qiáng).重慶交通大學(xué) 2012
[9]基于ANSYS的梁結(jié)構(gòu)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析[D]. 許小莊.東北大學(xué) 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(xué) 2008



本文編號(hào)：3288288