原文传递
拱桥吊杆钢丝疲劳寿命分析的跨尺度方法
| 论文题名： | 拱桥吊杆钢丝疲劳寿命分析的跨尺度方法 |
| 关键词： | 中下承式拱桥;吊杆;疲劳寿命;跨尺度分析 |
| 摘要： | 吊杆作为中下承式拱桥的重要组成部分，在荷载、温度、腐蚀等多因素耦合作用下，易发生疲劳断裂。另外，疲劳破坏是长期作用效应，材料的微结构特性对疲劳破坏有显著影响。所以，拱桥吊杆钢丝的疲劳断裂问题引起广泛关注。构件的疲劳破坏过程是从微观缺陷到宏观断裂的跨尺度行为，跨尺度力学理论与分析方法是国内外的前沿与热点研究领域。本文基于宏微观跨尺度裂纹扩展模型，发展了一种有效的疲劳过程跨尺度分析方法。本文的主要研究工作包括: (1)在宏微观跨尺度裂纹扩展模型中，构件破坏过程从微观到宏观的跨尺度行为及材料微观效应由3个尺度效应函数来描述。根据疲劳破坏的物理机理，对3个尺度效应函数进行了合理假设。在此基础上，发展了一种疲劳跨尺度分析方法，对低合金超高强度钢40CrNi2Si2MoVA试件从微观到宏观的疲劳断裂过程进行了数值模拟计算。利用光滑圆棒试件(Kt=1)的试验S-N曲线，拟合出模型中的2个材料疲劳特性参数。然后，对含缺口试件（应力集中系数Kt=2，3）的S-N曲线分别进行了理论计算，理论计算结果能够与试验结果很好地吻合。通过数值模拟计算，探讨微观因素对材料疲劳失效行为的影响。 (2)将宏微观跨尺度裂纹扩展模型，用于分析材料的静强度问题，提出一种静力破坏问题的宏微观跨尺度分析方法。试件在静荷载作用下的破坏过程，也是从微观缺陷到宏观断裂的跨尺度过程。对铸铁试件进行了单向拉伸破坏试验，对跨尺度裂纹扩展模型中的3个尺度效应函数进行了合理假设。根据铸铁试件极限强度的试验数据，采用打靶计算拟合出模型中的2个材料特性参数，对铸铁试件静载作用下的破坏过程及极限强度进行了数值模拟计算。通过数值模拟计算，探讨了微观因素对铸铁材料极限强度的影响。 (3)建立了宜宾南门大桥的有限元分析模型，对该桥进行了整体有限元分析，得出服役状态下吊杆钢丝所受的最大应力与应力变化幅度。采用跨尺度裂纹扩展模型描述吊杆钢丝的疲劳破坏过程，采用本文发展的疲劳跨尺度分析方法，对宜宾南门大桥吊杆钢丝的疲劳失效行为进行了数值模拟计算。根据数值计算结果，对影响吊杆钢丝疲劳寿命的宏微观各因素进行了分析讨论。根据分析结果，对提高该类桥型的抗疲劳性能提出了合理化建议。 |
| 作者： | 凡林 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 唐雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
