預(yù)腐蝕及復(fù)雜應(yīng)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(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，因此本文針對預(yù)腐蝕及復(fù)雜應(yīng)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(jié)了鋼橋腐蝕類型、影響因素、腐蝕預(yù)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(xué)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(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。采用線性外推、二次外推和1mm法計算焊接接頭的熱點應(yīng)力，根據(jù)不同網(wǎng)格尺寸的計算結(jié)果來確定合適的網(wǎng)格密度。分析熱點正應(yīng)力集中系數(shù)和熱點剪應(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)臨界面法進行疲勞壽命評估，并與試驗結(jié)果進行對比分析，推薦采用線性外推法計算熱點應(yīng)力，等效應(yīng)力法來預(yù)測復(fù)雜應(yīng)力場下焊接接頭的疲

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量化技術(shù)，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(guān)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(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)試驗結(jié)果擬合得到了它的表達式。結(jié)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(yīng)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(yīng)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(yīng)力強度因子的影響規(guī)律。結(jié)果表明蝕坑深度對應(yīng)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(fù)合型開裂;蝕坑深度、裂紋形狀比和裂紋深度對表面點應(yīng)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(fù)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(fù)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(yīng)力準則對裂紋擴展速率公式進行修正。給出了不同

6、應(yīng)力幅和腐蝕程度下有效應(yīng)力強度因子幅、裂紋擴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，對比分析了模擬和實際裂紋擴展路徑。結(jié)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(jié)果吻合較好，基于最大周向應(yīng)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(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