焊接結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力響應(yīng)與局部疲勞損傷演化同步試驗(yàn)觀測(cè)與分析.pdf

1、結(jié)構(gòu)中的局部損傷演化和疲勞累積是結(jié)構(gòu)失效的主要原因。因此，進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化過(guò)程和及其對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響的測(cè)試以認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)損傷誘致結(jié)構(gòu)失效機(jī)理，在損傷分析理論研究工程應(yīng)用上都具有非常重要的意義。本文的研究目標(biāo)是通過(guò)試驗(yàn)手段探討構(gòu)件和含焊接細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)在疲勞損傷演化過(guò)程中的損傷特征描述和結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)規(guī)律。文中預(yù)制裂紋的焊接構(gòu)件和某鋼箱梁縱向加勁桁架結(jié)構(gòu)典型標(biāo)準(zhǔn)段的縮尺試樣為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了焊接結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力響應(yīng)與局部疲勞損傷演化的同步測(cè)試試驗(yàn)

2、，研究了疲勞損傷過(guò)程測(cè)試與記錄結(jié)果的量化分析方法；分析了焊接結(jié)構(gòu)局部疲勞損傷演化規(guī)律以及局部疲勞損傷演化過(guò)程對(duì)整體非線性響應(yīng)的影響。本文的主要工作和研究成果如下：
　　 1.針對(duì)結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力響應(yīng)與局部疲勞損傷演化同步測(cè)試與損傷量化分析研究的需要，考察了基于電測(cè)技術(shù)的局部損傷測(cè)試方法、基于數(shù)字圖像技術(shù)的疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試與量化方法以及基于模態(tài)參數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷測(cè)試方法，將三種測(cè)試手段相結(jié)合作為本文結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力響應(yīng)與局部疲勞損傷演化同

3、步測(cè)試與量化分析的方法。
　　 2.基于三種測(cè)試手段的同步實(shí)施，進(jìn)行了焊接構(gòu)件非線性響應(yīng)與疲勞損傷同步測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)時(shí)觀測(cè)焊接構(gòu)件焊縫細(xì)節(jié)附近損傷區(qū)域應(yīng)變分布與表面疲勞裂紋擴(kuò)展情況，總結(jié)焊接構(gòu)件局部疲勞損傷演化過(guò)程規(guī)律和焊接構(gòu)件響應(yīng)規(guī)律。分析結(jié)果表明：疲勞損傷演化初期，初始裂紋尖端的塑性區(qū)尺寸呈非線性規(guī)律逐漸增長(zhǎng)；疲勞裂紋擴(kuò)展至金屬表面以后，疲勞裂紋擴(kuò)展呈非線性規(guī)律，疲勞裂紋擴(kuò)展速率逐漸增大；在疲勞損傷演化初期，焊接構(gòu)件疲勞損傷程

4、度與載荷循環(huán)次數(shù)基本呈線性關(guān)系；建立了初始裂紋尖端塑性區(qū)尺寸與焊接構(gòu)件截面損失面積以及損傷程度的變化關(guān)系，得到局部疲勞損傷演化過(guò)程對(duì)焊接構(gòu)件整體響應(yīng)的影響。
　　 3.在對(duì)試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，研究了焊接鋼桁架結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)與局部疲勞損傷同步測(cè)試的試驗(yàn)方案。實(shí)時(shí)觀測(cè)了循環(huán)載荷作用下焊接鋼桁架結(jié)構(gòu)焊縫細(xì)節(jié)附近損傷區(qū)域的熱點(diǎn)應(yīng)力分布情況、表面疲勞裂紋形態(tài)以及整體非線性動(dòng)力響應(yīng)情況。結(jié)合焊接構(gòu)件疲勞試驗(yàn)結(jié)果，分析了焊接鋼

5、結(jié)構(gòu)局部疲勞損傷演化機(jī)理和在局部疲勞損傷過(guò)程中結(jié)構(gòu)的非線性響應(yīng)規(guī)律，建立了焊接結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)變化與局部疲勞損傷程度的變化關(guān)系。分析結(jié)果表明：在疲勞裂紋擴(kuò)展階段，局部疲勞損傷程度與載荷循環(huán)次數(shù)的關(guān)系基本上為二次非線性關(guān)系；焊接鋼桁架結(jié)構(gòu)的基頻對(duì)局部疲勞損傷并不敏感，高階頻率對(duì)局部疲勞損傷較為敏感；隨著局部損傷程度的增加，不與含疲勞裂紋的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)相連的斜桿CE的一階彎曲固有頻率基本上保持不變，而與含疲勞裂紋的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)相連的斜桿AE的一階彎曲固