不均匀锈蚀对拱桥吊杆力学性能研究

发布时间：2017-06-08 16:02

  本文关键词：不均匀锈蚀对拱桥吊杆力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,因为拱桥吊杆断裂的工程事故频发,造成了严重的经济损失和极其不良的社会影响。从吊杆断裂的事故分析报告和许多学者的研究成果看,疲劳和腐蚀是吊杆断裂的两个主要原因。在腐蚀失效形式中,由于点蚀、剥蚀等产生的不均匀锈蚀危害比均匀锈蚀产生的危害大得多,锈蚀坑造成的局部应力集中加快了裂纹的萌生和扩展,严重缩短了吊杆的疲劳寿命。目前,对于吊杆高强钢丝腐蚀疲劳的研究多集中在按质量损失法测定的均匀锈蚀上,对锈蚀坑引起的疲劳寿命研究还不是很多,而干湿交替的自然腐蚀环境下,不均匀锈蚀出现概率更高。基于以上背景,本文展开了锈蚀坑对吊杆高强钢丝应力集中系数及疲劳损伤的影响研究,探讨不同形式锈蚀坑对应力集中系数及疲劳寿命的影响程度,希望为以后的吊杆检测及养护提供准确有效的试验数据。本文做了以下主要研究内容:(1)论述了国内外在锈蚀坑形貌及破坏行为、锈蚀坑损伤的评判指标、锈蚀对吊杆力学性能的影响等方面的研究成果,认为目前在不均匀锈蚀对吊杆力学性能影响研究方面仍存在不足,并从这个角度展开研究。(2)应用ANSYS13.0分析软件,通过不同形貌的等效锈蚀坑单调拉伸模型分析,得出应力集中系数与长宽高三维尺寸的变化呈线性变化。应力集中系数随着长度增加而减小,随着宽度和深度的减小而增加。长度对应力集中系数的影响程度最大,深度次之,宽度最小。(3)在探讨了单个锈蚀坑的应力分布及应力集中系数后,对锈蚀坑之间的影响关系进行研究。通过对相同锈蚀坑在轴向和径向两个方向的有限元分析,得出轴向锈蚀坑对应力集中有缓解作用,最大缓解程度约8%,径向锈蚀坑会加剧应力集中程度。(4)对ANSYS nCode Designlife14.5软件的分析过程及在SN疲劳分析中的各参量设置进行了简单的介绍,分析了锈蚀坑对高强钢丝疲劳寿命的影响,得疲劳寿命随着长度增加而减小,随着宽度和深度的增加而增加,并且长度的影响程度最大,深度次之,宽度最小。(5)对吊杆进行全尺寸预腐蚀吊杆的疲劳试验,证明了锈蚀对吊杆疲劳寿命的影响程度很大,锈蚀后吊杆的抗裂纹性能下降,裂纹萌生较快,锈蚀位置最先破坏;吊杆钢丝因不均匀锈蚀导致承载能力表现出差异性,锈蚀较严重的首先断裂,然后依次断裂,与未锈蚀吊杆断裂时间集中存在明显差异性;锈蚀吊杆疲劳断裂属于脆性断裂,未锈蚀吊杆断裂属于延性断裂。
【关键词】：吊杆 不均匀锈蚀 锈蚀坑 应力集中系数 腐蚀疲劳寿命
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 腐蚀行为及锈蚀坑形貌研究12-14
• 1.2.2 锈蚀坑损伤参量及蚀坑评判研究14-15
• 1.2.3 锈蚀对力学性能及疲劳寿命影响的研究15-16
• 1.2.4 目前研究中的不足16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 单个锈蚀坑对吊杆高强钢丝应力集中的影响18-33
• 2.1 有限元模型18-21
• 2.1.1 边界条件及加载方式19
• 2.1.2 网格划分19-20
• 2.1.3 单元类型的选择20-21
• 2.2 圆球蚀坑的应力分布21-25
• 2.2.1 球心在钢丝边缘时的应力分布21-23
• 2.2.2 球心在钢丝边缘外时的应力集中系数23-25
• 2.3 椭球蚀坑的应力分布25-32
• 2.3.1 长度改变对应力集中系数的影响25-27
• 2.3.2 宽度改变对应力集中系数的影响27-29
• 2.3.3 深度改变对应力集中系数的影响29-31
• 2.3.4 长宽深三个因素对应力集中系数的影响程度对比31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 吊杆高强钢丝上锈蚀坑间的影响关系33-40
• 3.1 轴向锈蚀坑之间的相互影响33-35
• 3.2 径向锈蚀坑之间的相互影响35-38
• 3.3 本章小结38-40
• 第四章 锈蚀坑对吊杆高强钢丝疲劳寿命的影响40-59
• 4.1 ANSYS nCode Designlife软件分析过程及相关参数设置介绍40-46
• 4.2 圆蚀坑各参数对疲劳寿命的影响46-49
• 4.3 椭圆蚀坑各参数对疲劳寿命的影响49-57
• 4.3.1 椭圆蚀坑长度改变对疲劳寿命的影响49-52
• 4.3.2 椭圆蚀坑宽度改变对疲劳寿命的影响52-54
• 4.3.3 椭圆蚀坑深度改变对疲劳寿命的影响54-56
• 4.3.4 椭圆蚀坑长宽深改变对疲劳寿命的影响对比56-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 预腐蚀吊杆疲劳试验59-77
• 5.1 试验总体设计59-67
• 5.1.1 试验目的59
• 5.1.2 锈蚀试验设计59-63
• 5.1.3 疲劳试验设计63-67
• 5.2 试验过程67-73
• 5.2.1 吊杆的锈蚀试验67-70
• 5.2.2 吊杆的疲劳试验70-73
• 5.3 试验分析73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结论及建议77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 在攻读硕士学位期间发表的著作及取得的科研成果83
• 攻读硕士期间参加的科研项目83

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