鋼結構疲勞裂紋應力強度因子計算及裂紋擴展路徑分析.pdf

1、本文以線性斷裂力學為研究基礎,海河大橋工程為實際背景展開。目的在于研究海河大橋既有裂紋在往復的車輛荷載作用下裂紋擴展的機理分析。
　　Paris公式已經成為確定疲勞裂紋擴展速率的最常用的公式。公式中涉及到一個重要的參數即裂紋尖端的應力強度因子。應力強度因子的求解方法很多,包括解析法,基于常規(guī)有限元法的數值計算方法。第一部分以帶有三種不同形式裂紋的鋼板為例進行分析。結合有限元分析軟件abaqus,運用了J積分法、外推法、節(jié)點位移法計

2、算應力強度因子值。并且將這些計算結果同解析法結果進行對比來確定其精確性。除此之外,還比較了不同單元類型以及網格大小對計算帶來的影響及各種方法在工程問題中的適用性。
　　通過對不同方法進行分析比較,選取精確高效的計算方法,并將其應用在帶有L型裂紋的方鋼管模型中。分別計算鋼管受單向拉伸以及彎矩作用時,腹板、翼緣裂紋尖端應力強度因子的大小。并且對不同長度的裂紋應力強度因子進行組合。通過對不同組合得到的結果進行回歸分析,得到與之擬合的函數

3、公式,即為方鋼管 L型裂紋的解析解。接下來,將得到的拉伸公式以及彎矩公式疊加,帶入到同時受拉伸以及彎矩作用的方鋼管以及矩形鋼管中,驗證公式的精確性。結果表明數值計算結果跟推倒出的公式保持高度一致性。
　　文章的最后利用新型技術擴展有限元法模擬裂紋擴展的路徑。以海河大橋局部模型為基礎,擬定其三個危險部位已經出現微小的裂紋。在U肋上施加模擬的車輛荷載,預測裂紋的擴展路徑。以最大拉應力準則為基礎,運用常規(guī)有限元法來驗證擴展有限元的適用性