桥梁拉吊索用钢丝三维疲劳裂纹扩展及疲劳寿命研究

发布时间：2023-10-21 13:35

　　对于长期处于风荷载、车辆荷载等随机动荷载作用下的大型桥梁结构,疲劳破坏是导致其发生破坏的一种主要形式。疲劳破坏通常表现出脆性破坏的性质,因此,桥梁等重大结构一旦发生破坏,便会造成不可估量的损失。可见,研究结构疲劳寿命的意义重大。目前主要通过疲劳试验或者样本试验结合雨流计数法预测结构的疲劳寿命。疲劳试验周期长、离散性较大、试验费用高。本文提出了一种仅需测量材料基本参数就可以预测桥梁钢构件疲劳寿命的方法。该方法结合了内聚力模型理论及实时雨流计数法,在预测构件疲劳寿命的同时,还能够分析疲劳裂纹扩展进程。本文以“973”项目“特大跨桥梁安全性设计与评定的基础理论研究”的子课题3“多因素作用下特大跨桥梁性能演化特征”(2015CB057703)为研究背景,针对钢结构疲劳裂纹扩展及疲劳寿命问题展开了以下研究:(1)从内聚力单元几何构型选择、几何方程、单元刚度阵、坐标旋转矩阵、本构关系、扩展准则等方面出发,完成了基于双线性本构关系的初始厚度为零的12节点内聚力单元理论推导和相应的用户自定义子程序,结合一个简单算例,对内聚力单元有效性进行了验证。(2)对不同的计数方法循环计数结果进行了比较分析,选择了...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 疲劳裂纹扩展研究方法
        1.2.1 扩展有限元法
        1.2.2 虚拟裂纹闭合法
        1.2.3 无网格法
        1.2.4 内聚力模型法
    1.3 疲劳寿命预测方法
        1.3.1 神经网络方法
        1.3.2 雨流计数法
    1.4 存在的问题
    1.5 本文研究内容
2 内聚力模型
    2.1 内聚力单元选择
        2.1.1 内聚力单元界面几何构型确定
        2.1.2 平面6节点三角形单元形函数
    2.2 几何方程
    2.3 单元刚度矩阵
    2.4 坐标旋转矩阵
    2.5 本构关系
        2.5.1 单元损伤因子
        2.5.2 几种常见的内聚力本构
        2.5.3 本构关系选择
    2.6 荷载向量
    2.7 本章小结
3 疲劳裂纹扩展数值实现
    3.1 ANSYS二次开发简介
        3.1.1 UPFs
        3.1.2 APDL
    3.2 内聚力单元构型
    3.3 APDL命令流示例
    3.4 数值计算问题
        3.4.1 Gauss-Legendre数值积分
        3.4.2 二重积分数值计算
        3.4.3 非线性平衡方程数值求解
        3.4.4 内聚力单元生成与管理
    3.5 子程序编译与执行
    3.6 本章小结
4 疲劳寿命预测方法
    4.1 计算模型确定
        4.1.1 计数法预处理过程
        4.1.2 雨流计数法模型选择
        4.1.3 累积损伤准则
    4.2 雨流计数法计算程序实现
        4.2.1 雨流计数法计算流程
        4.2.2 应力信息添加
    4.3 结果与分析
    4.4 计数结果敏感性分析
    4.5 疲劳寿命预测
    4.6 本章小结
5 疲劳裂纹扩展及疲劳寿命预测实例
    5.1 内聚力单元验证
    5.2 裂纹扩展模型分析
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录A 内聚力单元代码(核心)
附录B 实时雨流计数法代码(核心)
附录C 内聚力单元更新代码
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3855934