拉索钢丝双蚀坑应力强度因子及其扩展寿命研究

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斜拉索作为主梁与索塔间重要的传力结构,其对斜拉桥整体寿命的控制起着至关重要的作用。但是由于制作误差以及服役时间等原因,腐蚀介质在一定的情况下会突破防护系统与拉索钢丝接触,进而使其发生锈蚀,对桥梁的使用安全产生严重威胁。拉索钢丝腐蚀病害中,点蚀蚀坑参数是与剩余疲劳寿命评估最直接相关的腐蚀病害参数,一般将点蚀蚀坑简化为单裂纹,利用线弹性断裂力学的方法进行剩余疲劳寿命的评估。然而实际中,点蚀往往不是单一出现的,多个点蚀蚀坑在邻近位置出现时,蚀坑的应力场之间会发生耦合影响,将多蚀坑简化为单蚀坑裂纹计算应力强度因子的方法就不够准确了。本文在单裂纹研究的基础上,将双蚀坑等效为双裂纹模型,对双裂纹之间的相互影响进行分析研究,简化双裂纹计算方法;同时对双裂纹剩余疲劳寿命进行理论和试验模拟,将二者进行对比分析;试验设置有单裂纹剩余疲劳寿命对照组,将单双裂纹剩余疲劳寿命进行比较,分析双裂纹对剩余疲劳寿命的影响。具体工作如下:(1)按照腐蚀等级选取蚀坑参数,将蚀坑等效为平面半椭圆形裂纹。按照既定方案设置裂纹大小与双裂纹相关参数,运用有限元软件ABAQUS与Franc3D结合的方法,进行裂纹尖端应力强度因子计算。将计算结果与单裂纹进行对比,分析其影响因子分布规律。按照分析结果拟合双裂纹应力强度因子修正系数,简化双裂纹应力强度因子计算方法;(2)在应力强度因子分析结果的基础上,进行双裂纹扩展寿命理论分析。设置好计算分析分组,采用Franc3D软件,结合线弹性断裂力学方法计算双裂纹扩展寿命,并对计算结果进行分析,为疲劳寿命试验提供理论支持;(3)按照理论计算结果,综合实际情况设置试验钢丝分批分组,用电液式脉动疲劳机进行加载试验。统计分析疲劳断口以及双裂纹形状及尺寸数据,疲劳寿命数据之间进行横向对比,研究双裂纹对剩余疲劳寿命的影响。试验数据与理论数据之间竖向对比,研究二者之间的偏差,确定计算的可行性。
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