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一种新的多轴非比例低周疲劳寿命预测临界面模型

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力学学报 2016年第4期48卷 944-952页

作者：赵而年瞿伟廉武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室武汉430070

工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴非比例循环荷载,在长期动力载荷作用下结构构件的失效主要为多轴非比例疲劳破坏.文中基于圆管薄壁试件在拉-扭复合加载情况下的多轴疲劳试验结果,对比了广泛讨论的Kandil-Brown-Miller(KBM)模... 详细信息

工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴非比例循环荷载,在长期动力载荷作用下结构构件的失效主要为多轴非比例疲劳破坏.文中基于圆管薄壁试件在拉-扭复合加载情况下的多轴疲劳试验结果,对比了广泛讨论的Kandil-Brown-Miller(KBM)模型和Fatemi-Socie(FS)模型对多轴非比例疲劳寿命的预测能力,分析了非比例加载条件引起多轴疲劳附加损伤的原因;针对FS模型对不存在非比例附加强化的材料多轴疲劳寿命预测的不足,提出了一个能考虑非比例加载路径变化和材料附加强化效应双重作用的非比例影响因子,参照FS准则提出了一种新的多轴非比例低周疲劳寿命预测临界面模型.利用5种材料的多轴非比例疲劳试验数据对该模型进行了试验验证,结果表明:采用文中提出的临界面模型预测的多轴非比例疲劳寿命与试验结果符合较好,预测精度优于FS模型;同时,该模型对不存在非比例附加强化的材料的多轴疲劳寿命预测表现出更好的适用性,且能有效的提高不同类型材料的多轴非比例疲劳寿命预测精度.

关键词：多轴疲劳非比例路径附加强化效应临界面法寿命预测

多轴加载条件下结构钢基材及焊接件低周疲劳性能试验研究

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建筑结构学报 2016年第12期37卷 153-160页

作者：赵而年瞿伟廉周强武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室湖北武汉430070

焊接钢结构的局部往往处于复杂的多轴非比例受力状态,在动力循环荷载作用下钢结构的局部失效破坏主要为多轴非比例疲劳所致。采用薄壁圆管试件进行了多轴加载条件下Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳性能试验,对比了基材和焊接件的基本力... 详细信息

焊接钢结构的局部往往处于复杂的多轴非比例受力状态,在动力循环荷载作用下钢结构的局部失效破坏主要为多轴非比例疲劳所致。采用薄壁圆管试件进行了多轴加载条件下Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳性能试验,对比了基材和焊接件的基本力学性能和低周疲劳性能;采用KBM和FS临界面准则进行了Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳寿命预测。研究结果表明:多轴非比例加载路径下,Q235B钢基材及焊接件都存在明显的循环附加强化效应,导致其相对于单轴或多轴比例加载路径下的疲劳寿命更低;KBM准则能较好地预测多轴比例加载路径下的疲劳寿命,而对多轴非比例加载路径下的疲劳寿命的预测偏于不安全;FS准则通过考虑材料的非比例强化效应对多轴疲劳附加损伤的影响,能显著提高对多轴非比例加载路径下的疲劳寿命的预测精度。

关键词：焊接结构钢多轴疲劳疲劳试验非比例加载寿命预测

高耸塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤识别的试验研究

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高耸塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤识别的试验研究

作者：赵而年武汉理工大学

学位级别：硕士

高耸钢管塔架是一种常见的高耸钢结构型式,为了施工上的方便,钢管塔架结构塔身竖向主杆一般采用法兰螺栓节点连接。在长期的风力作用下,法兰联结节点的螺栓会发生松动直至脱落的损伤,而这在结构的服役期间很难为使用者所发现,从而很难... 详细信息

高耸钢管塔架是一种常见的高耸钢结构型式,为了施工上的方便,钢管塔架结构塔身竖向主杆一般采用法兰螺栓节点连接。在长期的风力作用下,法兰联结节点的螺栓会发生松动直至脱落的损伤,而这在结构的服役期间很难为使用者所发现,从而很难及时修复。虽然少量的螺栓脱落不会危及钢管塔架结构的安全,但是由于螺栓脱落经常是发生在钢管塔架抗风主要受力的几根塔身竖杆上,因此一方面它会降低整个结构的抗风承载能力,增加结构的风致侧移响应;另一方面当塔身竖杆法兰联结节点的螺栓脱落的数量达到一定数量时,它会使法兰联结节点成为钢管塔架结构抗风的薄弱环节,加速钢管塔架结构在强风来袭时的风致倒塌。为此,及时诊断发现钢管塔架塔身主要受力竖杆的法兰联结节点螺栓脱落损伤发生的位置,并及时进行修复,对于保证塔架结构的安全是十分必要的。本文建立了一种依据钢管塔架结构风致响应的变化来识别塔架塔身竖向主杆法兰联结节点螺栓脱落损伤发生位置的方法。文中,通过求取法兰节点的实体精细有限元模型的等效梁单元有限元模型的刚度矩阵,将法兰联接节点螺栓脱落损伤用梁单元的抗弯刚度的退化来描述。建立了以有损伤和完好结构塔身竖杆所有法兰联结节点规格化的风致脉动竖向应变响应根方差的改变量的相对值所组成的向量作为损伤指标,并证明了这种损伤指标与风荷载的大小无关,且对塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤的位置具有局域敏感性。据此,本文建立了通过捕捉此损伤指标向量的突变信息来实现对钢管塔架结构塔身竖杆法兰联结节点螺栓脱落损伤发生位置识别的方法,并讨论了测量噪声对损伤指标的影响。最后,通过一个工程实例的仿真分析和一个试验模型的试验研究说明了本文方法的可行性。

关键词：高耸结构损伤识别法兰节点螺栓脱落损伤指标等效方法

基于临界面损伤参量的金属材料多轴疲劳寿命预测

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华南理工大学学报（自然科学版） 2017年第2期45卷 130-136,152页

作者：赵而年瞿伟廉周强武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室湖北武汉430070

对最大剪切应变幅模型、KBM模型、FS模型和MKBM模型4种广泛讨论的临界面模型进行了对比分析,统计了8种金属材料圆管薄壁型试件在173个应变加载工况下的多轴疲劳试验数据,验证了这4种临界面模型对金属材料多轴疲劳寿命的预测能力,讨论了... 详细信息

对最大剪切应变幅模型、KBM模型、FS模型和MKBM模型4种广泛讨论的临界面模型进行了对比分析,统计了8种金属材料圆管薄壁型试件在173个应变加载工况下的多轴疲劳试验数据,验证了这4种临界面模型对金属材料多轴疲劳寿命的预测能力,讨论了基于临界面损伤参量进行多轴疲劳损伤评估和寿命预测时仍需关注的几个主要问题.研究结果表明:最大剪切应变幅模型和KBM模型能较好地适用于多轴比例加载条件下的疲劳寿命预测,而对多轴非比例疲劳寿命的预测结果一般偏于危险估计;FS模型和MKBM模型在损伤控制参量中引入了一个临界面上的最大法向正应力参数来反映材料的非比例附加强化效应对多轴疲劳损伤的影响,显著提高了对多轴非比例疲劳寿命的预测能力.

关键词：多轴疲劳疲劳寿命预测临界面法非比例加载

塔架结构塔身主杆法兰拼装节点螺栓脱落位置损伤识别的模型试验

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地震工程与工程振动 2013年第5期33卷 212-217页

作者：赵而年瞿伟廉武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室湖北武汉430070

本文提出了一种新的基于自由振动信息的塔架结构塔身主杆法兰拼装节点螺栓脱落损伤发生位置的识别方法,并通过一塔架结构模型的试验验证了该方法的准确性和有效性。文中,通过在塔架结构塔身主杆所有法兰拼装节点法兰盘外侧竖向布置应变... 详细信息

本文提出了一种新的基于自由振动信息的塔架结构塔身主杆法兰拼装节点螺栓脱落损伤发生位置的识别方法,并通过一塔架结构模型的试验验证了该方法的准确性和有效性。文中,通过在塔架结构塔身主杆所有法兰拼装节点法兰盘外侧竖向布置应变传感器,以该处在塔架结构顶端初始冲击激励下自由振动的竖向应变响应作为螺栓脱落的损伤标识量,依据完好结构与有螺栓脱落损伤结构法兰节点竖向应变的差异构建损伤指标向量,并对一钢管塔架结构模型进行了损伤识别的试验。试验结果表明,此方法的损伤指标向量具有对螺栓脱落敏感,与初始激励大小无关,对损伤位置具有较强的局域性的特点,且塔架结构其它结构损伤对塔身主杆法兰节点螺栓脱落位置诊断的损伤指标向量的特征没有影响。

关键词：塔架结构法兰拼装节点螺栓脱落损伤诊断模型试验

高温(火灾)后Q355qNH桥梁耐候钢的力学性能试验研究

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材料导报 2023年第23期37卷 181-186页

作者：张鑫尹航赵而年刘金辉山东建筑大学建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室济南250101 山东建筑大学土木工程学院济南250101

为了研究高温(火灾)后桥梁耐候钢的力学性能,开展了Q355qNH耐候钢在300~1 000℃高温受火后自然冷却、浸水冷却两种条件下的单调拉伸试验,研究了高温冷却后拉伸断口的微观特征,分析了受火温度和冷却方式对Q355qNH耐候钢应力-应变曲线和... 详细信息

为了研究高温(火灾)后桥梁耐候钢的力学性能,开展了Q355qNH耐候钢在300~1 000℃高温受火后自然冷却、浸水冷却两种条件下的单调拉伸试验,研究了高温冷却后拉伸断口的微观特征,分析了受火温度和冷却方式对Q355qNH耐候钢应力-应变曲线和力学性能参数的影响规律,并将试验结果与建筑用钢高温冷却后的力学性能进行对比分析。结果表明:受火温度及冷却方式对Q355qNH耐候钢弹性模量的影响不显著;在800℃及以上受火后浸水冷却的试件应力-应变曲线无塑性平台,其他工况均存在明显的塑性平台;受火温度超过700℃时,冷却方式对Q355qNH耐候钢强度指标的影响逐渐显现;自然冷却后耐候钢的屈服强度和极限强度均减小,断后伸长率有所增大;浸水冷却条件下,随着受火温度升高,极限强度增大,而断后伸长率减小,屈服强度的变化规律波动较大。从强度指标对比来看,与建筑用钢相比,Q355qNH耐候钢整体表现出较好的抗火性能。

关键词： Q355qNH耐候钢高温(火灾)后冷却方式力学性能

钢筋直螺纹套筒机械连接疲劳性能试验研究及对比分析

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建筑结构 2021年第S01期51卷 1368-1372页

作者：郑丽娟赵而年王培森单保香山东鲁勘工程设计有限公司济南250101 山东建筑大学土木工程学院济南250101

开展了8个直螺纹套筒机械连接接头的疲劳性能试验研究,得到了考虑95%保证率的疲劳寿命S-N曲线;基于已有研究结果,对比分析了带肋挤压机械接头和钢筋母材试件的疲劳性能。结果表明:直螺纹套筒机械接头、带肋挤压接头以及焊接接头试件抗... 详细信息

开展了8个直螺纹套筒机械连接接头的疲劳性能试验研究,得到了考虑95%保证率的疲劳寿命S-N曲线;基于已有研究结果,对比分析了带肋挤压机械接头和钢筋母材试件的疲劳性能。结果表明:直螺纹套筒机械接头、带肋挤压接头以及焊接接头试件抗疲劳性能基本能保持在相同水平,但机械接头和焊接接头的疲劳强度均较大程度上低于钢筋疲劳设计规定值。在200万次循环下,直螺纹套筒接头、带肋挤压接头对应的具有95%保证率的疲劳强度分别为56.05MPa和63.66MPa,而HRB400级钢筋标准试件和细晶高强钢筋试件对应的疲劳强度分别为231.85MPa和78.93 MPa,钢筋母材试件的疲劳强度显著高于机械接头试件。机械接头因预滚丝处理引入了疲劳微裂纹,累积损伤速率较钢筋母材试件增长更快,疲劳总寿命受控于疲劳裂纹扩展阶段所承受的交变荷载循环数。

关键词：直螺纹套筒机械接头疲劳试验 S-N曲线宏观断口形貌损伤指标

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耐候钢桁桥焊接工艺评定及力学性能试验研究

山东建筑大学学报 2022年第1期37卷 42-48页

作者：孙洪斌尹航张铭赵而年黄会强山东铁路投资控股集团有限公司山东济南250102 山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 中铁宝桥集团有限公司陕西宝鸡721006

焊接工艺评定和力学性能试验是确定定制牌号耐候钢可焊性和焊接接头工作性能的有效途径。文章基于新建潍莱铁路潍莱右线跨青荣城际高铁特大桥(120+82) m连续钢桁梁工程,通过15组共计91个焊接接头的焊接工艺评定试验,研究了焊接接头耐候... 详细信息

焊接工艺评定和力学性能试验是确定定制牌号耐候钢可焊性和焊接接头工作性能的有效途径。文章基于新建潍莱铁路潍莱右线跨青荣城际高铁特大桥(120+82) m连续钢桁梁工程,通过15组共计91个焊接接头的焊接工艺评定试验,研究了焊接接头耐候性匹配、单调拉伸、侧弯、低温冲击、硬度以及宏观金相组织等焊接接头性能。结果表明:试验中的焊材选择能够达到焊接接头耐候性的匹配,焊缝表面处耐候指数均值为6.70,焊缝表面耐腐蚀指数均大于耐候钢母材耐候指数标准值;焊接接头的各项力学和强度指标结果均具有一定的储备,宏观金相组织表明焊接成型良好。其研究结果可以作为新建耐候钢高铁桁梁桥焊接工艺的指导依据。

关键词：高铁耐候钢桥焊接接头焊接工艺评定力学性能试验研究

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下击暴流作用下输电塔弹塑性失稳倒塌研究

中国安全科学学报 2014年第12期24卷 90-95页

作者：吉柏锋瞿伟廉王亮赵而年武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室老河口市建设投资经营有限公司湖北老河口441800

为研究下击暴流作用下输电塔结构的倒塌机理,在考虑输电塔结构的塔身主杆和腹杆的杆件失稳特征差异基础上,建立塔身主杆失稳的弯矩-轴力-轴向刚度关系曲面,并重现下击暴流强风作用下输电塔主杆受压弹塑性失稳破坏的全过程,得到输电塔在... 详细信息

为研究下击暴流作用下输电塔结构的倒塌机理,在考虑输电塔结构的塔身主杆和腹杆的杆件失稳特征差异基础上,建立塔身主杆失稳的弯矩-轴力-轴向刚度关系曲面,并重现下击暴流强风作用下输电塔主杆受压弹塑性失稳破坏的全过程,得到输电塔在下击暴流强风荷载作用下倒塌时塔身斜腹杆和主杆失稳破坏的顺序。结果表明,在下击暴流强风作用下,输电塔在中上部和中下部的交接部位有大量塔身斜腹杆和少量塔身主杆相继发生失稳破坏,进而引起输电线塔结构整体倒塌。

关键词：下击暴流输电塔弹塑性失稳动力时程分析倒塌