鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算及裂紋擴(kuò)展路徑分析.pdf

1、本文以線性斷裂力學(xué)為研究基礎(chǔ),海河大橋工程為實(shí)際背景展開(kāi)。目的在于研究海河大橋既有裂紋在往復(fù)的車(chē)輛荷載作用下裂紋擴(kuò)展的機(jī)理分析。
　　Paris公式已經(jīng)成為確定疲勞裂紋擴(kuò)展速率的最常用的公式。公式中涉及到一個(gè)重要的參數(shù)即裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。應(yīng)力強(qiáng)度因子的求解方法很多,包括解析法,基于常規(guī)有限元法的數(shù)值計(jì)算方法。第一部分以帶有三種不同形式裂紋的鋼板為例進(jìn)行分析。結(jié)合有限元分析軟件abaqus,運(yùn)用了J積分法、外推法、節(jié)點(diǎn)位移法計(jì)

2、算應(yīng)力強(qiáng)度因子值。并且將這些計(jì)算結(jié)果同解析法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)確定其精確性。除此之外,還比較了不同單元類型以及網(wǎng)格大小對(duì)計(jì)算帶來(lái)的影響及各種方法在工程問(wèn)題中的適用性。
　　通過(guò)對(duì)不同方法進(jìn)行分析比較,選取精確高效的計(jì)算方法,并將其應(yīng)用在帶有L型裂紋的方鋼管模型中。分別計(jì)算鋼管受單向拉伸以及彎矩作用時(shí),腹板、翼緣裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的大小。并且對(duì)不同長(zhǎng)度的裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行組合。通過(guò)對(duì)不同組合得到的結(jié)果進(jìn)行回歸分析,得到與之?dāng)M合的函數(shù)

3、公式,即為方鋼管 L型裂紋的解析解。接下來(lái),將得到的拉伸公式以及彎矩公式疊加,帶入到同時(shí)受拉伸以及彎矩作用的方鋼管以及矩形鋼管中,驗(yàn)證公式的精確性。結(jié)果表明數(shù)值計(jì)算結(jié)果跟推倒出的公式保持高度一致性。
　　文章的最后利用新型技術(shù)擴(kuò)展有限元法模擬裂紋擴(kuò)展的路徑。以海河大橋局部模型為基礎(chǔ),擬定其三個(gè)危險(xiǎn)部位已經(jīng)出現(xiàn)微小的裂紋。在U肋上施加模擬的車(chē)輛荷載,預(yù)測(cè)裂紋的擴(kuò)展路徑。以最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則為基礎(chǔ),運(yùn)用常規(guī)有限元法來(lái)驗(yàn)證擴(kuò)展有限元的適用性