EH40钢疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移关系的试验研究

对EH40钢进行疲劳裂纹扩展速率测试试验,测定一系列裂纹尺寸ai及所对应的疲劳荷载次数Ni和裂纹嘴张开位移(CMOD)。通过a-N曲线,运用ORIGIN软件的微分功能得到试样的裂纹扩展速率。通过CMOD与裂纹尖端张开位移(CTOD)的对应关系,得到裂纹扩展过程中的一系列CTOD的值δ。通过数据分析,表明裂纹扩展速率与裂纹尺寸存在指数关系,并与δ存在线性相关。在此基础上,提出新的裂纹扩展速率公式,避免了Paris公式的局限性。     

沉降预测的变系数灰色GAM模型研究

灰色理论在路基沉降预测课题中获得了广泛的应用。本文避开一般灰色建模采用的灰色GM(1,1)模型,而根据灰色建模思想,用代数多项式拟合离散数据列,建立了灰色代数曲线模型。将代数多项式的系数设为时间的参数即变系数,并运用拉普拉斯条件极值法推导其递推公式;根据变系数估值序列的特点,运用灰色GM(1, 1)模型对变系数进行预测。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂纹扩展规律研究

为了研究影响超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)疲劳裂纹扩展规律的因素,进行了试验研究。通过调整UHTCC动态断裂试验的加载条件和试验参数得到荷载幅值、加载频率和缝高比对疲劳裂纹扩展速率的影响关系。并通过试验数据拟合,确定了缝高比分别为0.33、0.40的疲劳裂纹扩展公式参数。试验结果表明:加载条件中,荷载幅值对疲劳裂纹扩展速率影响最大,荷载幅值越大,裂纹扩展速率越大;加载频率增大时,裂纹扩展速率趋于减小;在一定范围内,初始缝高比越大,疲劳裂纹扩展速率越大。     

基于三参数威布尔分布模型的铸钢及对接焊缝腐蚀疲劳寿命评估方法

在海洋腐蚀环境和往复荷载耦合作用下，结构会产生腐蚀疲劳问题。为了更准确地拟合铸钢母材及对接焊缝的腐蚀疲劳应力 寿命（S-N）曲线，采用基于三参数威布尔分布对曲线进行修正，得到不同失效概率下的S-N 曲线表达式。采用概率权重矩法(PWM)求出威布尔参数的两个通解，其拟合结果接近，相对误差不超过5%。与Stromeyer模型S-N曲线拟合结果进行对比，发现基于三参数威布尔模型S-N 曲线具备更好的弯曲形状且拟合精度更高。对于G20Mn5QT铸钢母材，其拟合结果与疲劳试验值的误差平均值为13.8%；对于对接焊缝，其拟合结果与疲劳试验值的误差平均值为11.8%。     

B780CF钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率可靠性研究

对B780CF钢在不同的焊接工艺下疲劳裂纹扩展行为进行试验,研究其概率疲劳规律。采用七点递增多项式拟合方法,计算了一系列不同焊接工艺下相同裂纹长度存活率分别为50%、90%、95%、99%、99.9%的裂纹扩展速率,得到了不同焊接工艺下疲劳裂纹扩展速率曲线及表达式。定量分析了在不同可靠度下焊接工艺对疲劳裂纹扩展速率及Paris公式中两个重要参数的影响。     

随机变幅荷载作用下焊接节点海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验

本工作采用国产海上平台用钢的T型和十字形板状焊接节点试件,模拟导管架臂节点的弯曲受力状态,在随机变幅荷载下进行了海水腐蚀疲劳裂纹扩展试验,分别测得在海水自由腐蚀和阴极保护条件下的(~—da/dN)-AK~(NM)关系曲线。对于十字型焊接节点试件,根据试验测得的裂纹扩展速率曲线,用断裂力学方法对其海水腐蚀疲劳裂纹扩展寿命(有阴极保护)进行了估算,估算得到的裂纹扩展寿命曲线与试验数据,以及用线性累积损伤理论估算的寿命曲线,进行了分析比较和讨论。     

基于灰色神经网络算法的测量数据处理

本文研究了灰色神经网络的建模原理,然后通过GM(1,1)模型和等维新息灰色神经网络模型计算建筑物沉降观测数据,包括等间距时间数据序列和非等间距时间数据序列,分析试验结果,灰色神经网络模型的结果精度高于灰色理论模型的精度。     

Q460D高强钢及其焊缝连接疲劳性能试验研究

在疲劳荷载作用下钢结构焊缝区易发生疲劳断裂,通过Q460D高强钢及其焊缝连接的疲劳性能试验研究,结合试验数据,拟合了Smax-N曲线预测其疲劳寿命,根据疲劳损伤理论分析了疲劳破坏程度,并通过断口形貌揭示了疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明：Q460D母材具有较高的疲劳抗力;对接焊缝接头Smax-N的95%保证率曲线与ANSI/AISC 360-10的疲劳设计曲线吻合较好;GB 50017—2003的设计曲线能较好预估循环次数大于40万次以上十字接头的疲劳寿命。损伤指标能够较好地表征疲劳破坏过程中构件内部状态的变化,缺口系数越大,损伤发展越快。瞬断前裂纹扩展规律与损伤发展一致,随着损伤发展疲劳条带间距逐渐变大。     

酸雨环境下Q420B钢材腐蚀疲劳裂纹扩展试验与模型研究

为研究特高压输电塔所用Q420B结构钢在酸雨环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展行为,开展了Q420B的CT试样在人工酸雨喷雾腐蚀环境下的腐蚀疲劳试验。试验采用背面应变法监测裂纹长度,研究喷雾方式、pH值、应力比对裂纹扩展速率的影响。试验现象及断口分析表明,CT试样的断裂类型主要为穿晶疲劳断裂,腐蚀疲劳机制主要为阳极溶解机制。对于各工况,基于Paris模型推导了考虑模型参数随机性及da/dN数据波动性的腐蚀疲劳裂纹扩展速率P-da/dN-ΔK模型。结果表明,腐蚀疲劳裂纹扩展速率的离散性随应力强度因子幅的增大呈先减小后增大的趋势,该现象与Paris模型参数的线性相关性有关;相较于浸泡腐蚀,喷雾腐蚀下的裂纹扩展阶段存在明显的裂纹闭合效应,导致在ΔK较低阶段喷雾工况裂纹扩展速率均低于纯疲劳工况;腐蚀液pH值越低,裂纹扩展速率曲线斜率越大,但其初始速率也越低;应力比方面,增大应力比能明显缓解裂纹闭合效应,且裂纹扩展速率随应力比的升高而升高。     

T形方管节点的疲劳裂纹扩展特性分析

在矩形焊接节点的支撑和弦的结合处通常都是应力集中区域,所以在这些地方疲劳裂纹也更容易产生和扩展。采用边界元素方法模拟T形焊接方管节点的三维裂纹。根据三维分析,基于Paris法则和应力强度等因素,可以构建模型来预测疲劳裂纹的发展。试验结果与预测的裂纹产生以及形状发展都是一致的。基于裂纹扩展的分析,可以预测构件的疲劳程度,通过对比标准的S-N曲线,发现标准S-N曲线是安全的,但略带保守。     

基于位移反分析的小湾拱坝稳定性评价

小湾拱坝坝体裂缝在大坝分阶段实际蓄水后开裂扩展的可能性以及裂缝对坝体应力、位移和坝体稳定性的影响,对大坝安全至关重要。通过对小湾拱坝坝体施工过程及坝体内部温度裂缝的模拟,基于多点监测资料进行非线性位移反演分析,得到符合实际的材料力学参数,进而对坝体进行三维非线性仿真计算研究,以预测坝体在下一阶段蓄水以及最终蓄水后的稳定性。结果表明,该反演分析方法反演得到的参数合理准确,预计的位移结果可靠、精度较高,能很好地对拱坝安全性进行评价;仿真分析预测成果与坝体后期蓄水后的实际监测成果和地质力学模型试验成果吻合良好,在正常水载下,坝体整体变形符合拱坝变形一般规律,同时裂缝发生开裂扩展的可能性很小;裂缝对坝体整体影响不大,对局部有影响,大坝极限开裂状态与无缝坝类似,坝面开裂均是由表面产生裂缝向内部发展,而不是由内部裂缝引发。     

改进的扩展有限元法在裂纹模拟中的应用

在扩展有限元法的基础上,引入一类附加位移形函数——分数型间断函数来模拟裂纹影响的衰减效应,并对相关公式进行推导,编写了扩展有限元程序模拟裂纹的扩展。通过算例表明,采用改进的扩展有限元法对裂纹扩展进行数值模拟无须重新划分网格,且具有较高的精度。     

三轴压缩载荷作用下单裂隙扩展的CT实时扫描试验

 为研究岩石裂隙在三轴加载作用下的扩展规律,精选出一种与岩石物理力学性质相似的陶瓷制作试件,并在试件中部预置一条圆币状裂隙,进行三轴加载过程中的CT实时扫描试验。采取3种不同区域划分方案,通过对不同层、不同阶段的CT数、CT方差、CT图像的对比分析,获得裂隙被压密、自相似扩展、翼裂纹扩展、微裂纹扩展、裂纹加速扩展直到试件破坏的整个裂隙扩展过程。试验结果表明,在三轴压缩荷载作用下,裂隙被压密较为明显,翼裂纹扩展缓慢,自相似扩展更大,而且翼裂纹的扩展是从自相似扩展后的边缘开始的。总之,预置裂隙的扩展受围压影响很大,扩展过程相当艰难,试件破坏类似于延性破坏。     

钢纤维对混凝土裂纹的抑制及其对抗渗性能的影响

按照高强度 (HSC)与普通强度 (NSC)两个系列分别配制了素混凝土与钢纤维混凝土。通过劈裂试验测试了混凝土的抗裂纹扩展能力与卸载后的裂纹闭合能力 ,获得了具有不同扩展宽度的裂纹 ;然后通过对带裂纹试件的水渗透性试验 ,确定了裂纹宽度COD (CrackOpeningDisplacement)对混凝土渗透系数Kf 的影响关系 ;通过研究劈裂试验中获得的纤维对卸载后裂纹闭合能力的提高关系 ,可以推知纤维对渗透系数的影响。试验发现 ,由于HSC对纤维的握裹力高等原因 ,卸载后钢纤维HSC的裂纹闭合能力高于钢纤维NSC ,因此 ,钢纤维HSC的水渗透性低于钢纤维NSC。     

脆性岩体破裂扩展时间效应对引水隧洞长期稳定性影响研究

 对于锦屏二级引水隧洞,脆性岩体破裂损伤发展的时间效应已从现场围岩破坏情况及多种监测仪器长期监测数据中得到反映,成为影响引水隧洞长期稳定性的控制因素。为系统研究这一问题,针对锦屏二级引水隧洞沿线所占比例最大的岩层之一--白山组大理岩,在论述岩体破裂扩展时间效应的现场体现的基础上,进行破裂时效室内试验,得到破裂时效拟合式和临界驱动应力比;继而采用CPM模型建立可以考虑脆–延–塑转换特征的白山组大理岩数值试样,标定其微观参数,并进行室内破裂扩展试验的PFC模拟;最后,首次对工程尺度的引水隧洞进行破裂扩展时效的PFC模拟,研究不同岩性、不同埋深下,在100 a运行期内引水隧洞围岩的破裂情况。结果表明,室内试验中破坏时间的增加和荷载的降低呈现出较明显的指数非线性关系,且亚临界裂纹开始扩展,具有一个门槛值(定义为临界驱动应力比),对于白山组大理岩此应力比为0.492。采用CPM模型标定的PFC短期细观参数可较好反映锦屏白山组大理岩试样的三轴压缩应力–应变曲线及屈服破坏特征表现出的明显围压相关性,低围压下裂纹数目随围压增加明显,高围压下增加速度减缓,且拉裂纹在高围压下数目不再随围压增高而增加。数值试验中发现轴向应变和裂纹数目发展均表现出明显的蠕变三阶段特征。随着驱动应力比减少,由蠕变产生的应变量值是增加的。侵蚀裂纹的发展也符合蠕变三阶段特征,驱动应力比越小,侵蚀裂纹数目基本线性增加,但侵蚀裂纹发展速率呈指数减少。在开挖完成100 a后,II类大理岩岩体中引水隧洞的破裂区最大范围为2.1～3.1 m,III类大理岩为3.3～4.5 m,引水隧洞的长期稳定性可以得到较好保障。     

掺锂渣再生混凝土大偏压柱裂缝宽度试验研究

为了研究锂渣再生混凝土偏压长柱的适用性,设计9个偏压长柱进行试验。分析锂渣掺量和再生骨料取代率对试件的挠度、裂缝分布以及裂缝宽度的影响。试验结果表明:锂渣能有效减小跨中挠度并抑制裂缝的开展。适量的再生骨料取代率能够增进混凝土试件内部的机械咬合力,减小受压变形。根据试验数据,回归出锂渣再生混凝土偏压长柱裂缝宽度的计算式,并与实测值吻合良好。     

再生混凝土梁正截面裂缝宽度计算方法研究

通过短期荷载作用下再生混凝土梁裂缝宽度试验,分析再生混凝土裂缝开展机理与宽度影响因素,对比再生混凝土与普通混凝土构件裂缝开展机理异同。以黏结滑移理论为基础,结合试验拟合系数,建立再生混凝土构件正截面裂缝最大宽度计算公式。研究结果表明:再生骨料取代率并不是影响再生混凝土裂缝宽度的主要因素,其裂缝整体分布呈现离散性高的特点。通过对多组试验结果反算,验证建议公式的计算精度满足设计要求。     

含裂纹试件双轴压缩裂纹扩展数值模拟研究

为研究内水压作用下的岩石内部裂纹扩展规律,利用围线积分计算裂纹在水压及单、双轴压力下的裂纹扩展特性,并与现有的试验结果进行了对比。研究结果表明:单、双裂纹首先在裂纹的尖端生成“翼形裂纹”,水力压裂因子越大,单裂纹翼裂纹与原预制裂纹的夹角越小;水力压裂因子越大,监测点的裂纹扩展速率越快,对于单裂纹而言,断口处的扩展速率要高于长轴,对于双裂纹试样,裂纹内侧的扩展速率则要大于外侧;水力压裂因子越大,1、2、3型应力强度因子也越大。研究成果为认识水压力以及双轴应力下的单、双内裂纹扩展机理提供了一定的参考。     

基于黏结滑移-统计理论的再生混凝土梁裂缝宽度计算方法研究

通过对不同配筋率、取代率两组10个再生混凝土梁构件进行裂缝宽度试验研究,对比分析了再生混凝土与普通混凝构件裂缝开展机理的不同,研究了再生混凝土裂缝开展机理、宽度影响因素,并在黏结滑移理论基础上结合试验统计数据推导再生混凝土构件裂缝最大宽度计算公式。研究结果表明:随着取代率的增加再生混凝土梁主裂缝旁分支裂缝不断增多,裂缝整体分布越趋复杂。配筋率变化对主裂缝宽度影响相当明显,配筋率增加再生混凝土裂缝宽度明显减小。基于黏结滑移-统计理论建立再生混凝土裂缝宽度计算公式,通过对多组试验结果反算验证该公式计算精度是满足设计要求的。