起重机金属结构裂纹的复合修复方法

针对起重机金属结构在长期疲劳交变载荷作用下易产生疲劳裂纹的问题，采用碳纤维复合材料（CFRP）加固止裂孔的方法对裂纹进行复合修复。建立不同载荷下止裂孔、CFRP以及复合修复的有限元模型，分析计算应力应变状态和应力集中系数；建立止裂孔打偏情况下复合修复的有限元模型，研究CFRP加固对止裂孔修复的影响；通过静拉伸强度试验，研究复合修复方法对损伤构件的修复效果，并与仿真结果进行对比，验证了CFRP与止裂孔复合修复这一技术的可行性。结果表明，复合修复方法相比于止裂孔及CFRP修复效果，不仅可以消除裂纹尖端的奇异性，减小名义应力，提高试件的承载能力，还可以弥补钻止裂孔修复焊缝裂纹的不足，为工程维修提供了参考。     

CFRP修复裂纹钢板的疲劳试验及参数研究

薄壁钢板结构运行一段时间后,其母材或焊缝附近容易产生疲劳裂纹,而传统修复方法无法适用于薄壁钢板疲劳裂纹的修复。由于CFRP加固方法对钢板不会产生附加应力,可应用于薄壁钢板疲劳裂纹的修复。论文研究在裂纹尖端钻止裂孔再粘贴CFRP方法对裂纹钢板剩余疲劳寿命的影响,首先通过五组对比疲劳试验,分析"止裂孔联合CFRP加固"方法与其他修复方法对裂纹疲劳寿命的增强效果;然后基于粘聚力理论建立CFRP加固钢板的有限元模型,对CFRP加固后的止裂孔直径、CFRP刚度、CFRP尺寸等参数进行研究。研究结果表明:采用"止裂孔联合CFRP加固"方法,裂纹钢板的剩余疲劳寿命比仅钻止裂孔和仅粘贴CFRP都提高了数十倍,甚至超过无裂纹钢板的疲劳寿命,该方法尤其适于薄壁钢板的短裂纹修复。     

止裂孔与CFRP复合修复含裂纹钢结构的疲劳性能

起重机金属结构在长期服役过程中易产生疲劳裂纹,使用止裂孔与碳纤维复合材料(CFRP)对含疲劳裂纹的金属结构进行复合修复能获得比单一修复方式更好的效果.针对复合修复后止裂孔边缘裂纹萌生阶段,使用Abaqus与Fe-Safe建立有限元分析模型,分析了加固方式、止裂孔半径、疲劳裂纹长度及裂纹尖端到止裂孔边缘的距离等因素对裂纹萌生寿命的影响,并通过试验进行了验证.结果 表明,利用Abaqus与Fe-S～e对复合修复后的结构进行耐久性分析具有可行性,能够为制定修复方案提供参考.     

双高强螺栓止裂法对疲劳性能的影响研究

采用钢板做的拉伸试样,并在裂纹前端打孔,并在孔上拧上高强度螺栓.通过有限元仿真,对比分析单止裂孔,单高强度螺栓,双高强度螺栓三种方法的止裂效果,研究了双高强度螺栓对疲劳性能的影响,发现施加高强螺栓后,钢板表面与螺栓垫板之间产生的摩擦力遏制了裂纹的张开,相较与止裂孔和单高强度螺栓止裂,双高强度螺栓止裂更能减小应力集中,能够更好的提高试样的疲劳性能.可以通过此方法提高含裂纹结构的使用寿命.     

CFRP加固含裂纹钢板疲劳性能研究

基于Paris公式估算钢构件剩余疲劳寿命。通过对试件裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展长度的估计,用积分计算其剩余寿命。试验证明加固的钢板受疲劳载荷的过程中CFRP板能有效发挥作用且不易剥离。单侧加固和双侧加固钢板疲劳寿命分别提高了1.1倍和4.9倍。因此用CFRP加固修复疲劳载荷下的损伤构件是一种行之有效的方法。     

CFRP布加固钢箱梁的疲劳试验设计研究

钢箱梁长期运营后,不可避免地出现疲劳裂纹,疲劳裂纹出现后使得钢箱梁运营具有一定的安全隐患。钢箱梁疲劳裂纹处治包括补焊法、钻孔法和CFRP布加固法等,其中CFRP布加固法充分利用了复合材料的优越性,是一种较为有效的加固方法。根据某节段式钢箱梁构件,选择了CFRP布加固材料,确定了CFRP布加固的5个步骤(表面处理、配胶、涂胶、粘贴CFRP布及锚固),并设计了疲劳加固试验的装置和加载方案。通过对加固构件进行疲劳试验,可研究加固构件的疲劳性能,验证加固构件的加固效果,并对疲劳损伤演化过程进行理论分析。     

CFRP修复港口起重机箱形结构疲劳裂纹的数值仿真及实验研究

箱形结构是港口起重机的主要结构形式之一。其长期承受疲劳交变载荷,容易诱导裂纹扩展,最终导致疲劳断裂失效,严重威胁人类财产安全和经济效益。文中应用碳纤维增强复合材料(CFRP)对箱形结构上的疲劳裂纹进行修复,通过数值仿真计算裂纹尖端应力强度因子,结合Paris公式计算裂纹扩展的速率,随后通过疲劳载荷下裂纹扩展实验对仿真结果进行验证。结果表明,CFRP修复能够显著降低箱形结构上的裂纹扩展速率,延长其使用寿命。     

金属构件裂纹的修补

金属结构的裂纹可以用加强板进行修补,但有限元程序计算表明:选择加强板的参数应按照最大限度降低裂纹尖端应力的原则进行。笔者用实例说明修补裂纹只能延缓裂纹的扩展速度而不能根除裂纹的存在。 1.修补裂纹的方法 当金属构件由于长期承受交变载荷而产生疲劳裂纹时,修补裂纹的方法有: (1)在裂纹尖端钻止裂孔(按要求还应铰孔)。     

残余热应力对复合材料双面胶接含裂纹铝合金板修复结构疲劳寿命的影响

为研究残余热应力对复合材料双面胶接修复损伤金属结构疲劳寿命的影响,利用T300/E51复合材料补片对含中心裂纹的LY12CZ铝合金板进行双面胶接修复,研究了修复结构的疲劳寿命,并通过断口分析反推出了疲劳裂纹的扩展情况;利用Abaqus软件建立了考虑残余热应力的修复结构的三维有限元模型,分别计算了应力强度因子随裂纹长度的变化关系,并利用二次多项式拟合得到了应力强度因子幅值与裂纹长度的关系式;最后,利用Pairs公式材料常数修正法,对修复结构的疲劳寿命进行了预测。结果表明:在相同的疲劳载荷条件下,裂纹板修复结构的疲劳寿命约为未修复裂纹板的23倍;残余热应力会增加裂纹尖端的应力强度因子;有限元模拟的裂纹板修复结构的疲劳寿命与试验结果吻合较好,相对误差为3.7%。     

工程机械结构损伤的再制造胶粘修复技术

利用再制造胶粘修复技术对工程机械中含有表面疲劳裂纹的损伤结构进行再制造修复。在明确研究背景和技术优势的基础上,建立损伤结构-胶粘剂-复合材料补片三者为一体的再制造修复模型,运用有限元分析方法,引入应力强度因子下降率R的概念,对再制造修复结构进行修复效果评价。分析表明,选用硼/环氧树脂作为补片材料能够得到最佳的修复效果,为工程机械再制造实践中的修复材料选择提供理论指导。     

预应力CFRP/GFRP纤维加固梁的延性性能研究

碳纤维具有高强度、高弹性模量和延性较差的特点,玻璃纤维相对于碳纤维可起到互补作用,采用预应力碳纤维/玻璃纤维(CFRP/GFRP)加固混凝土梁是一项新的加固技术。基于分层单元理论,建立了加固混凝土梁的计算模型,分析了加固后混凝土梁在荷载作用下三分点加载全过程数据,对比分析了加固梁的屈服荷载、极限荷载、变形和延性性能开展情况,研究了不同混杂纤维配比等对加固梁延性性能的影响。结果表明,将CFRP与GFRP混杂后能充分发挥各自的优势,且能提高预应力纤维加固梁的特征荷载。     

铆钉排布对蒙皮修复强度的影响

针对蒙皮日常使用中出现的裂纹损伤问题,以LV12CZ铝板和2117AD铜铝合金半圆头铆钉为材料,使用有限元仿真铆接修复以及拉伸过程,并进行试验验证,探究了不同铆钉排布、裂纹形态与飞机蒙皮损伤修复强度之间的关系。结果表明,铆钉排布对修复强度影响较大,铆距越小,修复强度越高,而排距对修复强度的影响较小;椭圆形排布的修复强度最好,之字形排布次之,圆形最差。裂纹形态对铆接修复强度影响显著,裂纹越短,止裂孔与铆钉孔距离越远,应力集中情况改善,修复强度越高,裂纹沿其他方向扩展;裂纹越长,修复强度越差。当铆距较小时,裂纹的宽度对修复强度影响较小;当铆距较大时,裂纹越宽修复强度越高,裂纹沿预制裂纹初始方向扩展。     

受电弓疲劳裂纹扩展特性及寿命预测研究

通过有限元软件建立受电弓三维有限元模型,结合断裂分析软件Franc3D研究受电弓上框架尾部疲劳裂纹的扩展特性,并对常温、大气环境以及腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命进行预测.结果 表明:当受电弓上框架尾部已产生2 mm的表面裂纹时,继续扩展至表面长度约为15 mm时将会穿透管壁;对于常温、大气环境,疲劳裂纹从2 mm的表面裂纹扩展为50 mm的穿透裂纹所对应的运行里程约为24万公里;在腐蚀环境下,表面裂纹扩展至相同长度对应的运行里程约为3.19万公里.     

孔挤压与超载复合强化对LY12CZ铝合金疲劳裂纹起始寿命的影响

研究了孔挤压与超载复合强化对LY12CZ铝合金疲劳裂纹起始寿命的影响。实验结果与分析表明,孔挤压与超载复合强化对LY12CZ铝合金的疲劳裂纹起始寿命及裂纹萌生、扩展特性的影响和孔挤压单一强化效果相同。此外还给出了复合强化后LY12CZ铝合金疲劳裂纹起始寿命的定量表达式,以及变幅载荷下LY12CZ铝合金孔挤压件疲劳裂纹起始寿命的估算新方法。     

滚动轴承接触疲劳内部裂纹扩展有限元分析

滚动轴承滚道在工作过程中承受较大的接触应力,接触疲劳是滚动轴承失效的主要形式。为了探究轴承的接触疲劳以及接触疲劳引起的内部裂纹,将损伤力学带入Voronoi有限元方法中,仿真轴承材料拓扑随机性和材料的劣化过程。建立轴承接触疲劳裂纹扩展模型,有效仿真出轴承内部裂纹的萌生、生长、相交、扩展至表面的过程,得到轴承表面裂纹出现的寿命和内部裂纹扩展路径。计算了裂纹扩展过程中所释放的能量,研究内容能够为轴承接触疲劳损伤研究提供新的思路和工具。     

碳纤维-钢复合结构ENF试验的仿真研究

利用ABAQUS有限元分析软件建立了碳纤维板(CFRP)-钢复合结构的末端缺口弯曲(ENF)试件有限元模型,模拟了碳纤维弹性模量和粘结层厚度参数组合时粘结层界面裂纹扩展和界面力学行为。揭示了碳纤维弹性模量和粘结层厚度的影响机理,仿真分析结果为后续试验研究提供了指导。     

疲劳裂纹的修理方法对比分析

航空结构件中最常见的损伤为疲劳裂纹,损伤维修需要考虑经济性、易操作性、维修后的力学性能等因素。本文针对不同裂纹长度的中心裂纹板,分别采用传统的止裂孔和先进的搅拌摩擦焊技术进行修理,对修理后的裂纹扩展寿命进行了对比分析。结果表明,两种修理方法均延长了中心裂纹板的使用寿命,搅拌摩擦焊延长效果更好,为后续工程应用提供技术参考。     

16MnR钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展的试验研究及模拟

采用3.8 mm厚带有圆形缺口的CT试样,研究了16MnR钢在不同应力比的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展。开发了一种基于疲劳损伤的方法来模拟疲劳裂纹扩展速率。将16MnR钢的循环塑性本构模型通过用户材料子程序UMAT嵌入到ABAQUS中。把有限元计算得到的疲劳裂纹尖端附近区域的弹塑性循环应力应变结果,代入到疲劳损伤模型中,得到每个加载循环在裂尖各点产生的疲劳损伤值。通过疲劳损伤准则,导出疲劳裂纹稳定扩展速率的计算公式。疲劳裂纹扩展试验验证了模拟结果。实验结果和模拟结果都表明,该试样厚度下,应力比对裂纹扩展速率几乎没有影响。     

拉弯复合应力下表面裂纹疲劳扩展规律研究

拉弯复合应力状态广泛存在于压力容器接管及几何形状不连续的过渡区,容器的使用寿命往往取决于这些区域的抗疲劳强度。本文对拉弯复合应力下半椭圆表面裂纹疲劳扩展规律进行了实验研究,用等参拟协调三维有限元分析了拉弯复合应力下表面裂纹试件的应力强度因子计算方法。通过对40Mn2A中碳钢的实验研究证明了在拉弯复合应力下表面裂纹的疲劳扩展规律当c向的ΔK_c′=0.9ΔK_c时,a向和c向可用同一Paris公式来描述。     

随机焊补柴油机机身

实践证明,可采用结507焊条随机焊补柴油机机身外壳水冷壁处的裂纹和穿孔,焊补简单,不需拆装,修复成本低,效果良好。现将焊接工艺介绍如下: 1.仔细找出裂纹和穿孔的部位。在裂纹两端各钻直径为3～5毫米的止裂孔(见图1);若是穿孔则用三角刮刀铰除孔内锈污。