正交異性鋼橋面板頂板與縱肋連接焊縫疲勞裂紋數(shù)值模擬方法.pdf

1、頂板與縱肋連接焊縫是正交異性鋼橋面板中的典型疲勞細節(jié)，頂板在服役期間頻繁承受車輛輪載，加之焊接過程中容易出現(xiàn)初始缺陷，導致焊根處極易萌生疲勞裂紋。研究該處的疲勞裂紋擴展規(guī)律，準確評估其疲勞壽命，是深刻認識正交異性鋼橋面板疲勞性能的重要基礎(chǔ)，具有重要意義。論文對于正交異性鋼橋面板頂板與縱肋連接焊縫的疲勞裂紋數(shù)值模擬及其疲勞開裂機理進行了研究，主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)基于線彈性斷裂力學原理、相互作用積分原理、Paris公式

2、，提出一種可用于橢圓和半橢圓形裂紋的疲勞裂紋擴展模擬方法，該方法可借助于ANSYS類似于程序語言的命令流編寫實現(xiàn)，且在其實現(xiàn)過程中，需要使用ANSYS中的1/4節(jié)點奇異單元及相互作用積分法求解裂紋前沿點的應力強度因子幅值;
　　(2)將頂板與縱肋連接焊縫處的疲勞裂紋簡化為單個半橢圓形裂紋進行研究，用前述方法進行裂紋擴展數(shù)值模擬，通過改變頂板厚度、改變U肋形式、將初始裂紋分別設(shè)置于焊根和頂板焊趾處進行模擬，可以發(fā)現(xiàn)，在青山長江公路大

3、橋正交異性鋼橋面板疲勞實驗節(jié)段模型中，焊根處比頂板焊趾處更易發(fā)生疲勞開裂，從疲勞裂紋擴展模擬的角度來說，鐓邊U肋對疲勞性能沒有明顯的改善作用，增加頂板厚度能夠有效改善結(jié)構(gòu)的疲勞性能;
　　(3)通過數(shù)值模擬顯示出的規(guī)律，研究關(guān)注區(qū)域疲勞裂紋擴展的規(guī)律，可以得出，在縱向上一段距離內(nèi)初始缺陷的不利影響程度幾乎是相同的，初始裂紋形狀對擴展速率和疲勞壽命的影響主要體現(xiàn)在裂紋擴展的初始階段，不同形狀的初始裂紋在經(jīng)過一段時間的擴展之后，將演變

4、為一相同的相對穩(wěn)定的形狀，持續(xù)一段時間后，裂紋將逐漸變得非常扁長;
　　(4)研究裂紋最深點應力強度因子幅值的變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，裂紋在深度方向上的擴展超過約頂板厚度一半時，最深點的應力強度因子幅值會出現(xiàn)下降現(xiàn)象，裂紋在深度方向上的擴展速率減慢，若降至疲勞裂紋擴展應力強度因子幅值門檻值以下，裂紋在深度方向上的擴展將趨于停滯，裂紋將不會裂穿頂板;
　　(5)研究裂紋最深點和長度方向上端點處的應力強度因子幅值與裂紋形狀的關(guān)系，可