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[碩士]懸索橋吊索疲勞裂紋擴(kuò)展行為研究
內(nèi)容簡介
[碩士]懸索橋吊索疲勞裂紋擴(kuò)展行為研究 學(xué)科專業(yè):橋梁與隧道工程 授予學(xué)位: 碩士 學(xué)位授予單位:長沙理工大學(xué) 學(xué)位年度:2009 橋梁營運(yùn)中,由于吊桿系統(tǒng)受到氣候、氧化、腐蝕、老化等因素影響,以及長期在靜載和動載作用下,會發(fā)生損耗,甚至斷裂。根據(jù)斷裂力學(xué)理論,任何構(gòu)件中都存在各種探傷手段難以完全發(fā)現(xiàn)的細(xì)小裂紋,在受到疲勞載荷或應(yīng)力腐蝕作用下,會逐漸擴(kuò)展至達(dá)臨界值而導(dǎo)致構(gòu)件斷裂。隨著具有吊索體系的橋梁修建的越來越多,吊桿(拉索)作為結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件,其疲勞問題日顯突出?! ? 現(xiàn)有疲勞分析理論存在的主要問題是,將疲勞過程這一連續(xù)的物理過程人為劃分成疲勞裂紋形成與疲勞裂紋擴(kuò)展,采用截然不同的理論與方法分別進(jìn)行分析與計算。近年來,許多研究者都力圖用適當(dāng)?shù)牧W(xué)模型分析疲勞裂紋擴(kuò)展,并由此得到疲勞裂紋擴(kuò)展速率的描述方法。近年來,介觀斷裂力學(xué)的一個最新研究進(jìn)展就是建立了一個跨宏微觀尺度的介觀裂紋模型,提出用跨尺度的介觀應(yīng)力強(qiáng)度及局部能量密度來描述疲勞進(jìn)程的損傷。本論文的核心內(nèi)容就是基于宏/微觀跨尺度裂紋模型,以杭州江東大橋?yàn)楣こ瘫尘?,對其吊桿鋼絲的疲勞裂紋擴(kuò)展行為展開分析討論?! ? 本文在總結(jié)已有斷裂力學(xué)理論相關(guān)研究方法的基礎(chǔ)上,以杭州江東大橋自錨式懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?,對含裂紋吊桿高強(qiáng)鋼絲的斷裂機(jī)理進(jìn)行了闡述,并對含不同裂紋形狀和大小的鋼絲的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行了理論計算。然后在已知索力的情況下,考慮到預(yù)張拉、松馳等效應(yīng)的影響,對吊桿中鋼絲的應(yīng)力水平與變化幅度進(jìn)行分析計算,根據(jù)吊桿鋼絲的疲勞設(shè)計壽命,擬合出疲勞模型參數(shù),建立宏/微觀跨尺度裂紋模型,對吊桿鋼絲的疲勞裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行分析。最后,根據(jù)理論分析結(jié)果和以往工程經(jīng)驗(yàn),對吊桿(拉索)疲勞壽命設(shè)計、使用與維護(hù)策略提出相應(yīng)的建議。本文的主要研究工作如下: (1)在仔細(xì)研究相關(guān)中外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對各種金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展的研究結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié),對金屬疲勞裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律、影響因素以及微觀機(jī)制進(jìn)行了簡單闡述。 (2)對含裂紋高強(qiáng)鋼絲的斷裂機(jī)理進(jìn)行闡述,介紹了兩種含裂紋高強(qiáng)鋼絲斷裂強(qiáng)度的計算方法,結(jié)合工程實(shí)際,對含不同臨界尺寸裂紋的鋼絲的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行計算; (3)利用大型通用有限元程序ANSYS,建立江東大橋整體有限元模型,對全橋各根吊索及其中的高強(qiáng)鋼絲不同設(shè)計工況下的受力情況進(jìn)行詳細(xì)計算: (4)以介觀局部能量密度因子作為控制參量,采用跨尺度疲勞裂紋擴(kuò)展統(tǒng)一模型,對江東大橋吊桿高強(qiáng)鋼絲的疲勞斷裂行為進(jìn)行分析與探討; (5)分析討論不同的微觀缺陷形態(tài)對鋼絲疲勞壽命的影響,以及吊索預(yù)張拉與松馳效應(yīng)的影響等; (6)根據(jù)理論計算結(jié)果和以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對吊桿(拉索)疲勞壽命設(shè)計、使用與維護(hù)策略提出相應(yīng)的建議。
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