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钢结构疲劳裂纹合理止裂孔形状研究

南京理工大学学报 2017年第5期41卷 556-561页

作者：袁周致远吉伯海傅中秋河海大学土木与交通学院江苏南京210098

为了提高钢结构疲劳裂纹的钻孔止裂效果,研究了不同止裂孔形状的止裂性能。通过建立二维平面有限元模型,对比分析了不同孔形下的孔边应力分布及应力集中效应,提出了一种结合直线与圆曲线的腰圆形止裂孔(近跑道形状),并分析了其打孔参数... 详细信息

为了提高钢结构疲劳裂纹的钻孔止裂效果,研究了不同止裂孔形状的止裂性能。通过建立二维平面有限元模型,对比分析了不同孔形下的孔边应力分布及应力集中效应,提出了一种结合直线与圆曲线的腰圆形止裂孔(近跑道形状),并分析了其打孔参数对止裂效果的影响,得到了腰圆孔打孔参数设计方法。结果表明,增大腰圆形止裂孔的面积、减小圆弧半径能够进一步降低孔边应力集中,同时采用缓和曲线对该止裂孔的曲率突变位置进行过渡,能够改善止裂孔的受力性能,降低其应力突变,止裂效果更好。

关键词：钢结构疲劳裂纹止裂孔应力集中腰圆形

止裂孔-疲劳裂纹尖端相对位置对工业纯铁DT4C抗疲劳性能的影响

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锻压技术 2024年第2期49卷 265-274页

作者：刘荣伟黄志国李艳艳孙立强宋劲松河北石油职业技术大学工业技术中心河北承德067000 河北石油职业技术大学机械工程系河北承德067000

止裂孔是金属结构件疲劳延寿的重要方法之一,但其对疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命的影响规律复杂多变,以工业纯铁DT4C金属板材为例,采用扩展紧凑拉伸试样(E-CT)研究了止裂孔相对疲劳裂纹尖端的不同位置(即裂纹尖端前沿材料切除量分别为0.3... 详细信息

止裂孔是金属结构件疲劳延寿的重要方法之一,但其对疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命的影响规律复杂多变,以工业纯铁DT4C金属板材为例,采用扩展紧凑拉伸试样(E-CT)研究了止裂孔相对疲劳裂纹尖端的不同位置(即裂纹尖端前沿材料切除量分别为0.3、0.6和0.9 mm)对含裂纹试件的疲劳寿命和裂纹扩展速率的影响规律。结果表明:由于在疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端沿厚度方向上扩展速率的差异及裂尖塑性区的存在,裂纹尖端前沿材料切除量对止裂孔的延寿作用具有重要影响,且影响程度差别较大。在相同疲劳载荷和应力比近似为0的情况下,裂纹尖端前沿材料切除量为0.6 mm时,试样的疲劳裂纹扩展速率和疲劳寿命改善最为明显,与常规试样相比疲劳寿命增加了2倍以上。

关键词：止裂孔裂纹尖端疲劳裂纹扩展速率疲劳寿命裂纹尖端塑性区

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止裂孔复合加固单边裂纹钢板疲劳性能研究

建筑结构 2021年第21期51卷 100-105页

作者：王贤强杨羿刘朵张建东陈春霖苏交科集团股份有限公司在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室南京211112 东南大学土木工程学院南京211189 河海大学土木工程学院南京210024

横隔板疲劳裂纹是正交异性钢桥面板的主要疲劳失效模式,为提高传统止裂孔处的疲劳寿命,提出了将止裂孔作为预处理措施与高强螺栓、粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)、粘贴钢板相结合的复合加固方法。为了研究止裂孔复合加固方法的修复效果... 详细信息

横隔板疲劳裂纹是正交异性钢桥面板的主要疲劳失效模式,为提高传统止裂孔处的疲劳寿命,提出了将止裂孔作为预处理措施与高强螺栓、粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)、粘贴钢板相结合的复合加固方法。为了研究止裂孔复合加固方法的修复效果,以含单边初始裂纹的钢板为研究对象,对止裂孔加固和复合加固钢板进行了疲劳测试,对比分析了复合加固方法的失效模式、裂纹扩展规律和疲劳性能,并基于有限元分析揭示了栓接止裂孔复合加固机理。试验结果表明,粘贴CFRP和粘贴钢板由结构树脂胶剥离引起失效,栓接止裂孔失效以垫片疲劳破坏为主;复合加固有效延缓了疲劳裂纹扩展速率,疲劳寿命达到止裂孔加固的3.6~15.8倍,粘贴钢板和栓接止裂孔的加固效果优于粘贴CFRP的加固效果。综合对比来看,栓接止裂孔加固垫片先于母材破坏起到失效预警作用,并可更换高强螺栓周期性提高疲劳性能,是理想的“微损伤”加固方法。

关键词：横隔板疲劳裂纹止裂孔复合加固栓接止裂孔疲劳寿命

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止裂孔维修对中心裂纹板疲劳寿命的影响分析

科学技术与工程 2017年第2期17卷 293-296页

作者：党堃董登科张侃苏少普中国飞机强度研究所西安710065

以铝合金2024-T3的中心裂纹板为研究对象,根据结构细节疲劳额定值(DFR)法计算了不同裂纹长度及不同止裂孔尺寸下结构的疲劳寿命;并通过试验得到半裂纹长度分别为10 mm、15 mm和20 mm,止裂孔半径为2.5 mm和3.5 mm下的结构试验寿命,对比... 详细信息

以铝合金2024-T3的中心裂纹板为研究对象,根据结构细节疲劳额定值(DFR)法计算了不同裂纹长度及不同止裂孔尺寸下结构的疲劳寿命;并通过试验得到半裂纹长度分别为10 mm、15 mm和20 mm,止裂孔半径为2.5 mm和3.5 mm下的结构试验寿命,对比结果验证了该模型及对应方法的可行性;随后对裂纹长度/板宽(2a/W)在0.2~0.6、止裂孔直径/板宽(D/W)0.03~0.20范围内的疲劳寿命进行了预估。根据分析结果得到了止裂孔效果最佳时D/W与2a/W的线性关系式,为工程维修提供技术参考。

关键词：中心裂纹板 DFR法止裂孔结构维修疲劳寿命

止裂孔及压痕对铝合金疲劳裂纹扩展的影响规律及作用机理研究

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止裂孔及压痕对铝合金疲劳裂纹扩展的影响规律及作用机理研究

作者：张运来长安大学

学位级别：硕士

机械零部件在使用过程中容易萌生疲劳裂纹,如不对其进行处理,裂纹将迅速扩展直至失效。止裂孔和压痕因其操作简便是修复含裂纹构件的常用方法。但止裂孔和压痕对含裂纹构件修复效果有限,且目前对二者延寿机理的认识尚未达成共识。针对... 详细信息

机械零部件在使用过程中容易萌生疲劳裂纹,如不对其进行处理,裂纹将迅速扩展直至失效。止裂孔和压痕因其操作简便是修复含裂纹构件的常用方法。但止裂孔和压痕对含裂纹构件修复效果有限,且目前对二者延寿机理的认识尚未达成共识。针对该问题,本文以6061-T6铝合金为研究对象,采用紧凑拉伸试样,通过压痕与止裂孔新的组合方式达到延寿目的,并对延寿机理展开研究。主要研究内容如下:(1)采用紧凑拉伸试样对止裂孔及压痕的延寿机理进行研究,在此基础上提出压痕与止裂孔的组合方式,并研究该组合方式对疲劳裂纹扩展性能的影响规律。经研究发现,对比止裂孔及压痕止裂方式,止裂孔压痕的组合具有更好的延寿效果,其不仅能提高疲劳裂纹在止裂孔处的萌生寿命,而且能降低疲劳裂纹穿过止裂孔后的扩展速率。(2)基于止裂孔压痕组合模型,进一步改变压痕载荷的大小(F=2,3,4,5 k N),并采用Abaqus有限元软件模拟压痕载荷施加后止裂孔周围的残余应力场,分析不同压痕载荷作用下止裂孔周围的残余应力分布情况,结合疲劳裂纹扩展曲线,研究止裂孔周围残余压应力场对疲劳裂纹扩展性能的影响规律。分析发现较大的压痕载荷能产生较大的残余压应力场,从而提高止裂孔压痕组合试样的疲劳寿命,压痕载荷为5 k N试样的寿命为母材的498.2%。(3)基于压痕载荷为3 k N的止裂孔压痕组合模型,提出三压痕模型,并通过Abaqus模拟施加压痕载荷后的残余应力场,分析不同载荷布置方式下残余应力分布情况,结合疲劳裂纹扩展曲线和止裂孔处疲劳裂纹萌生寿命,分析残余应力场对裂纹在止裂孔处的萌生寿命以及疲劳裂纹在止裂孔周围的扩展性能的影响。研究发现合理的压痕布置方式能够进一步的提高试样的疲劳寿命。

关键词：止裂孔压痕载荷疲劳裂纹扩展速率疲劳寿命

止裂孔形状及位置对金属疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究

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止裂孔形状及位置对金属疲劳裂纹扩展性能影响规律的研究

作者：刘荣伟长安大学

学位级别：硕士

止裂孔对金属板材疲劳寿命的影响规律复杂多变,是目前研究的热点之一。本文以一种工业用钢为对象,研究了止裂孔的形状及位置对板材试样疲劳裂纹扩展性能及断裂机理的影响规律,主要研究内容如下:1、采用直径为4 mm的圆形/长径为4mm,短径... 详细信息

止裂孔对金属板材疲劳寿命的影响规律复杂多变,是目前研究的热点之一。本文以一种工业用钢为对象,研究了止裂孔的形状及位置对板材试样疲劳裂纹扩展性能及断裂机理的影响规律,主要研究内容如下:1、采用直径为4 mm的圆形/长径为4mm,短径为2mm的椭圆形止裂孔,研究了疲劳裂纹尖端切除量(分别为0.3 mm、0.6 mm和0.9 mm)对金属板材扩展紧凑拉伸试样(E-CT试样)疲劳裂纹扩展速率及寿命的影响规律,实验结果发现在裂纹尖端切除量为0.6 mm的椭圆形止裂孔对疲劳寿命增加的幅度最大,比常规试样的疲劳寿命增加了约400%。并分别对含裂纹尖端试样进行金相组织和显微维氏硬度进行观察与测量,分析裂纹尖端塑性区的位置及大小,探究塑性区与裂纹尖端对疲劳裂纹扩展寿命及规律的影响。2、采用5mm的直线与两侧半径为3mm的圆弧及直径为1.2mm的圆孔组成的止裂线,研究了止裂线对金属板材扩展紧凑拉伸试样(E-CT试样)疲劳裂纹扩展速率及寿命的影响规律,并分别对即将瞬断的裂纹尖端试样进行金相组织和显微维氏硬度进行观察与测量,分析裂纹尖端塑性区的位置及大小,探究塑性区对再对含裂纹尖端试样进行金相组织及显微硬度的测量,并对疲劳试样断口进行扫描电镜观察,分析疲劳扩展、断裂机理。3、ANSYS仿真模拟裂纹尖端塑性区及裂纹尖端应力场,在不同裂纹长度时,对裂纹尖端前裂纹扩展路径进行应力分析;同时仿真切割止裂孔钝化裂纹尖端后沿裂纹扩展路径的应力分析,以辅证裂纹尖端钝化对裂纹尖端应力,裂纹尖端塑性区,裂纹扩展速率的影响。

关键词：止裂孔裂尖应力分布裂尖塑性区疲劳裂纹扩展疲劳延寿

超载-止裂孔交互作用下金属及焊接接头的疲劳裂纹扩展行为研究

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超载-止裂孔交互作用下金属及焊接接头的疲劳裂纹扩展行为研究

作者：孟祥峰长安大学

学位级别：硕士

金属构件因承受疲劳载荷发生疲劳破坏是工程应用中面临的重要问题之一。当金属构件萌生疲劳裂纹时,超载和打止裂孔是常用的延寿方法,而超载与止裂孔共同作用时的延寿机理及使用标准尚未达成共识。本文以Q345低碳钢为研究对象,探究超载... 详细信息

金属构件因承受疲劳载荷发生疲劳破坏是工程应用中面临的重要问题之一。当金属构件萌生疲劳裂纹时,超载和打止裂孔是常用的延寿方法,而超载与止裂孔共同作用时的延寿机理及使用标准尚未达成共识。本文以Q345低碳钢为研究对象,探究超载和不同直径、不同位置止裂孔组合对金属板材的疲劳裂纹扩展行为的影响,并对其参数优化及其延寿机理展开研究。主要研究内容如下:(1)通过疲劳试验对超载和止裂孔的延寿机理进行研究,在此基础上提出了超载和止裂孔组合的延寿方法,并深入探究该方法对裂纹扩展速率的影响。发现超载和止裂孔组合时将产生耦合效应,使疲劳寿命显著增加,并且超载与止裂孔的处理次序会影响疲劳寿命。探究了止裂孔的直径对该方法延寿效果的影响,发现裂纹扩展的疲劳寿命和止裂孔直径呈正相关,在不影响试样静强度的情况下,止裂孔直径越大,延寿效果越显著。(2)基于对超载和止裂孔组合作用的分析下,进一步研究了超载和双止裂孔组合对裂纹扩展迟滞现象的影响。当止裂孔直径为1.2 mm时,发现超载和双止裂孔组合的延寿效果明显优于超载和单止裂孔组合。探究了双止裂孔的位置对该方法延寿效果的影响,发现裂纹扩展的疲劳寿命和双止裂孔位置呈负相关,即双止裂孔距离超载位置越近,延寿效果越显著。(3)将超载和双止裂孔组合的延寿方法应用在焊接接头中,探究其疲劳裂纹扩展规律。采用Q345焊接接头制作紧凑拉伸试样,当裂纹扩展到a=21 mm时,在试样a=24 mm处预制双止裂孔并且超载。发现焊接接头的疲劳寿命有效延长,验证了超载和止裂孔组合作用的可靠性。该方法在焊接接头上的延寿机理与母材不同,除与该方法本身有关外,还与焊接残余应力和裂纹扩展路径偏折有关。

关键词：止裂孔超载疲劳裂纹扩展速率疲劳寿命焊接接头

FRP与止裂孔复合修复含裂纹钢结构的疲劳性能研究

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FRP与止裂孔复合修复含裂纹钢结构的疲劳性能研究

作者：黄传海武汉理工大学

学位级别：硕士

起重机金属结构在长期服役过程中容易产生疲劳裂纹,如果不及时有效地处理严重时将会导致结构失效,并最终对经济生产造成严重的损失。将止裂孔修复与FRP(Fiber Reinforced Polymer,纤维复合材料)修复两种修复方法结合,对含疲劳裂纹金属... 详细信息

起重机金属结构在长期服役过程中容易产生疲劳裂纹,如果不及时有效地处理严重时将会导致结构失效,并最终对经济生产造成严重的损失。将止裂孔修复与FRP(Fiber Reinforced Polymer,纤维复合材料)修复两种修复方法结合,对含疲劳裂纹金属结构进行复合修复能够综合二者的优势并弥补彼此的不足,获得比单一修复方法更好的修复效果。本文针对FRP与止裂孔复合修复后的含疲劳裂纹金属结构,通过理论分析、有限元计算及试验研究等多种手段,对复合修复后结构的疲劳性能进行了研究,对推动复合修复方法在金属结构修复领域的应用具有较好的理论意义和工程应用价值。本文的主要研究内容如下:(1)针对粘结金属结构基体与FRP补片的粘结层,通过微元法对粘结层所受剪应力及切应力进行了分析;基于粘结层应力分析,确定了粘结层单元的损伤模型,并通过ABAQUS建立了有限元仿真分析模型,对FRP长度、FRP粘贴层数及粘结层厚度等影响粘结层损伤的因素进行了分析。(2)针对复合修复后结构止裂孔边缘的裂纹萌生阶段,基于裂纹萌生寿命理论计算方法,通过ABAQUS与FE-SAFE建立了有限元分析模型,对影响止裂孔边缘裂纹萌生寿命的因素进行了分析,并探究了修复方式对裂纹萌生位置的影响。(3)针对复合修复后结构裂纹扩展阶段,基于裂纹扩展过程理论计算方法,通过ABAQUS提供的XFEM模块对不同修复方式下裂纹的扩展过程进行了分析,并对比了基于XFEM的有限元分析结果与传统有限元仿真结果。(4)搭建了疲劳试验平台及试验结果测量平台,通过疲劳试验对复合修复后结构止裂孔边缘裂纹萌生过程及裂纹扩展过程进行了研究,并通过对比试验结果与仿真分析结果对仿真分析方法进行了验证。同时,还通过试验研究对复合修复后结构的失效模式等进行了研究。通过以上研究,解释了复合修复方法的作用机理,证明了复合修复方法的有效性,并验证了有限元分析方法的可行性与准确性,为研究复合修复方法提供了参考方案,一定程度上推动了复合修复方法在金属结构修复领域的应用。

关键词： FRP修复止裂孔裂纹萌生裂纹扩展疲劳性能

止裂孔对蒙皮裂纹应力集中的影响及在修理中的应用

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河南科技 2021年第16期40卷 36-38页

作者：梁赟空军工程大学航空机务士官学校河南信阳464000

为研究飞机蒙皮上止裂孔对裂纹应力集中的影响情况,建立蒙皮上裂纹和止裂孔的有限元分析模型,研究裂纹损伤的应力集中系数与止裂孔相对直径的关系。结果表明,随着止裂孔相对直径的增加,止裂孔对蒙皮应力集中的改善效果越来越好,当相对... 详细信息

为研究飞机蒙皮上止裂孔对裂纹应力集中的影响情况,建立蒙皮上裂纹和止裂孔的有限元分析模型,研究裂纹损伤的应力集中系数与止裂孔相对直径的关系。结果表明,随着止裂孔相对直径的增加,止裂孔对蒙皮应力集中的改善效果越来越好,当相对直径大于0.05时,改善效果就不太明显了。最后介绍了止裂孔在蒙皮裂纹修理中的应用方法。

关键词：蒙皮裂纹止裂孔应力集中