检索结果-南通市图书馆

作者：方兴长沙理工大学

学位级别：硕士

与普通钢相比,高性能钢(High-performance Steel,HPS)具有高强度、良好的韧性和较低的厚度效应等优点,目前被广泛地应用到桥梁结构、高层建筑结构中。然而,随着时间推移,由于防腐涂层老化剥落大、雨水冲刷作用强等因素,桥梁更易出现局... 详细信息

与普通钢相比,高性能钢(High-performance Steel,HPS)具有高强度、良好的韧性和较低的厚度效应等优点,目前被广泛地应用到桥梁结构、高层建筑结构中。然而,随着时间推移,由于防腐涂层老化剥落大、雨水冲刷作用强等因素,桥梁更易出现局部锈蚀,威胁结构安全。本文以弯剪段随机锈蚀HPS钢梁为研究对象,主要探究了锈蚀HPS的表面形貌以及点蚀影响下锈蚀HPS试件的承载力,研究内容有以下几方面:(1)明确了锈蚀HPS试件的表面形貌特征。以Q550E钢材为研究对象,设计了标准拉伸试件和非厚实翼缘H型高性能钢梁并进行了电化学加速锈蚀试验,结合3D扫描,分析了残余面积和蚀坑深度的分布类型,蚀坑平均深度、深度标准差和蚀坑深宽比与质量锈蚀率之间的关系,以及局部锈蚀钢梁的残余几何特征。(2)研究了 HPS点蚀结构的抗拉承载力退化。结合实测点蚀数据,建立了随机点蚀有限元模型,模拟得到了 Q550E随机点蚀钢片荷载-位移曲线,利用现有试验结果验证了有限元模型的计算精度。在此基础上,分析了点蚀位置、深度和尺寸效应对极限强度和最大变形的影响,并得出了极限载荷与最大横截面损失率之间的关系。(3)考察了不同局部锈蚀状况下高性能钢梁抗弯承载力退化情况。对弯剪段局部锈蚀H型高性能钢梁进行承载力试验,得到了锈蚀程度和锈蚀位置对于锈蚀高性能钢梁承载力退化的影响规律。针对以均匀锈蚀为主的弯剪段锈蚀钢梁,模拟分析了各种锈蚀状况下的抗弯性能变化,提出了折减系数法对锈蚀钢梁承载力进行预测。(4)分析了随机点蚀对弯剪段锈蚀HPS钢梁极限承载力以及破坏模式的影响。基于热分析理论和特征值分析计入残余应力和初始缺陷影响,采用随机投样的手段构建点蚀钢梁的三维有限元模型。研究了不同点蚀体积损伤度DOPV、点蚀面积损伤度DOP以及不同锈蚀区域下的HPS钢梁极限承载力变化。

关键词：锈蚀HPS表面形貌随机点蚀抗拉承载力折减系数法抗弯承载力

腐蚀Q235B钢的静力和超低周疲劳试验研究及力学性能评估

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腐蚀Q235B钢的静力和超低周疲劳试验研究及力学性能评估

作者：赵贇太原理工大学

学位级别：硕士

随着钢结构服役时间的增长,陆续出现了由钢材腐蚀引发的耐久性问题。腐蚀削弱了钢材的有效截面,又引起了钢材表面严重的应力集中现象,从而削弱了钢材的力学性能,引起了多起钢结构失效破坏的事故。钢材腐蚀不仅给服役的钢结构造成了安全... 详细信息

随着钢结构服役时间的增长,陆续出现了由钢材腐蚀引发的耐久性问题。腐蚀削弱了钢材的有效截面,又引起了钢材表面严重的应力集中现象,从而削弱了钢材的力学性能,引起了多起钢结构失效破坏的事故。钢材腐蚀不仅给服役的钢结构造成了安全隐患,也造成了巨大的人员伤亡与经济损失。因此,评估腐蚀后钢材剩余力学性能对指导实际工程加固与维护结构的正常使用有重大意义。本研究对大气腐蚀33年的Q235B钢进行了微观观察、单调拉伸与超低周疲劳试验,评估了腐蚀钢材的断裂模式及力学性能随腐蚀程度的变化规律。基于实际腐蚀形貌统计的蚀坑参数,建立了随机点蚀数值模型,评估了腐蚀对钢材及角钢构件强度的影响。此外,基于蚀坑微观演化的原位监测及蚀坑参数随时间的演化规律,建立了蚀坑演化的理论与数值模型。从蚀坑产生与发展的角度预测了钢材强度随时间的演化关系。主要研究内容如下:(1)单调拉伸试验作用下,腐蚀试件断裂模式受蚀坑影响较大,断口同蚀坑的分布呈随机不规则状。腐蚀钢材的屈服强度、极限强度与断裂强度随质量损失非线性退化,退化模型满足Boltzmann函数。最大质量损失率时屈服强度、极限强度与断裂强度分别退化15.16%、16.73%与18.68%。同时腐蚀显著降低了钢材的变形能力,钢材的屈服应变退化高达31.00%,伸长率退化高达24.51%。进一步提出了钢材力学性能随质量损失率退化的四折线本构模型。(2)超低周疲劳试验表明,腐蚀后钢材耗能能力随质量损失线性降低,最高降幅达15.51%。随着循环加载次数的增加,质量损失使耗能能力及塑性变形能力的降低越来越大,当质量损失率大于0.12时,试件骨架曲线硬化点应变由0.6%缩短至0.3%,降幅高达50%。同时受蚀坑影响,循环加载下钢材的变形能力会显著降低(极限应变与伸长率分别降低36.47%和8.88%),根据试验结果建立了三段式拉/压骨架曲线、卸载刚度、重加载准则与质量损失的定量关系,在此基础上提出了不同质量损失下的腐蚀钢材滞回本构模型。(3)为了避免传统的蚀坑统计方法导致的力学性能评估不安全,提出了考虑蚀坑融合的蚀坑统计方法,基于实际腐蚀钢基体的3D形貌扫描,发现蚀坑深度与直径分别满足期望为0.390和0.219的正态分布。此外,根据该蚀坑统计结果建立了随机蚀坑数值模型,采用试验结果验证了该模型的有效性。发现质量损失率扩大到0.22时,钢材的剩余强度数值解与试验理论值吻合较好,且均为非线性降低。相同腐蚀时间下,点蚀引起的角钢强度退化随厚度的减小而愈发严重。(4)为了避免腐蚀钢基体大量的蚀坑扫描与统计工作,并考虑蚀坑在原始位置的演化过程,基于Python程序提出了伴随时间的点蚀原位演化模型。此模型仅需确定钢材初始厚度、初始强度以及使用年限既可评估钢材剩余力学性能。采用质量损失与宏观力学性能试验值充分验证了该数值演化模型的准确性。在此基础上,参数化分析了蚀坑深径比、不同的双面腐蚀程度对强度的影响,进而建立了腐蚀钢材强度随时间退化的预测模型。

关键词：大气腐蚀单调拉伸性能超低周疲劳性能随机点蚀点蚀原位演化

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点蚀损伤下钢板结构的极限强度评估方法研究

点蚀损伤下钢板结构的极限强度评估方法研究

作者：赵沙沙江苏科技大学

学位级别：硕士

腐蚀的存在,使得构件的极限强度降低,严重威胁海洋结构的安全。点蚀作为一种常见的海洋腐蚀损伤,其对结构性能的影响逐渐引起学术界的广泛关注。准确评价点蚀损伤下钢构件的极限强度,是开展船舶与海洋工程结构维护的必要前提。本文运用... 详细信息

腐蚀的存在,使得构件的极限强度降低,严重威胁海洋结构的安全。点蚀作为一种常见的海洋腐蚀损伤,其对结构性能的影响逐渐引起学术界的广泛关注。准确评价点蚀损伤下钢构件的极限强度,是开展船舶与海洋工程结构维护的必要前提。本文运用有限元分析的方法,研究了随机点蚀损伤下,具有不同的板长宽比(α)、板长细比(β)、加筋长细比(λ)和腐蚀体积比(DOV)的点蚀损伤板和加筋板的极限强度折减规律,并运用BP神经网络进行了极限强度的评估与预测,获得点蚀损伤板和加筋板的极限强度折减因子计算公式,为点蚀损伤构件的极限强度评估预测提供了依据。具体工作及结论如下:(1)建立随机点蚀损伤平板和加筋板的数值计算模型,和已有文献中的模型对比,验证了所建模型的正确性。(2)通过大量随机模拟分析,研究点蚀的随机特性影响点蚀板极限强度的规律。研究表明:随着腐蚀体积比(DOV)的增加,点蚀随机态对点蚀损伤板极限强度的影响增大,均匀点蚀过高估计了结构极限强度。(3)分析单轴压缩荷载下,各影响因素(α、β、DOV)对点蚀损伤平板极限强度的影响规律。研究表明:相同腐蚀程度下,长宽比越大,点蚀板的强度退化越严重;长细比越小,板的强度退化越严重,厚板引起的强度退化较其他板严重的多。(4)分析单轴压缩荷载下,各影响因素(α、β、λ、DOV)对点蚀损伤加筋板极限强度的影响规律。研究表明:相同模型条件下,长宽比、带板长细比越小,加筋板的强度退化越严重;极限强度退化与加筋长细比之间呈现极值函数特征,加强筋长细比取为0.7时,强度削弱最严重;随着腐蚀体积比的增大,点蚀损伤下加筋板的极限强度线性减小。(5)运用人工神经网路的强非线性拟合能力,构建BP神经网络模型,分别拟合平板和加筋板极限强度折减因子和各影响因素之间的计算公式,用该公式评估和预测随机点蚀损伤下平板和加筋板的极限强度。与现存的点蚀损伤构件极限强度评价方法进行对比,本文计算出的极限强度折减因子和文献中计算所得的极限强度折减因子相对误差小于10%,验证了本文评价预测方法的可行性。(6)运用正交实验设计法,精简BP网络模型学习训练样本数量,减少有限元模型计算量。神经网络训练样本采用正交实验获得的数据,网络预测误差虽稍大于采用全部样本数据预测时的误差,但同样可以保证点蚀板和加筋板极限强度的评估预测精度(最大相对误差小于5%)。

关键词：随机点蚀钢板结构极限强度正交实验 BP网络评估方法

含局部点蚀损伤球壳的非线性屈曲分析及试验研究

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含局部点蚀损伤球壳的非线性屈曲分析及试验研究

作者：章建非江苏科技大学

学位级别：硕士

海水的腐蚀性将会给海洋工程装备造成不可避免的腐蚀损伤,海洋腐蚀主要体现在使海洋工程装备的表面出现局部腐蚀,其中由局部区域出现向内部深处入侵的腐蚀称为点蚀。点蚀的出现意味着结构表面的完整度遭到了破坏,这可能会导致机构的变... 详细信息

海水的腐蚀性将会给海洋工程装备造成不可避免的腐蚀损伤,海洋腐蚀主要体现在使海洋工程装备的表面出现局部腐蚀,其中由局部区域出现向内部深处入侵的腐蚀称为点蚀。点蚀的出现意味着结构表面的完整度遭到了破坏,这可能会导致机构的变形失灵甚至导致重大的生命财产损失。潜水器耐压壳是人类对深海进行探索的载具,也是深海作业人员与设备的工作环境,更是无数学者和工程师心血的结晶。其中耐压壳的结构主要是球壳,球壳在工作全寿命周期内都处于海洋环境之中,难以避免球壳出现点蚀的状况从而影响球壳的使用安全性的情况,因此需要对含局部点蚀损伤的球壳的极限屈曲载荷进行研究与评估。本文的研究内容和结果如下:(1)设计并加工制造了10个含局部点蚀损伤的304不锈钢球壳试件,通过静水压力试验获取了试件在发生屈曲时的载荷,试验结果表明:在局部点蚀数量与点蚀分布区域相同的情况下,随机分布的点蚀相比均匀分布的点蚀更具破坏性;点蚀数量更少的球壳会因为点蚀分布区域的影响而具有更低极限屈曲载荷;相同的点蚀数量下,更小的点蚀分布区域对球壳的破坏性最大;点蚀分布在飞溅区的球壳其极限屈曲载荷大于局部点蚀呈30°×30°分布的球壳而小于局部点蚀呈45°×45°分布的球壳。(2)根据试件球壳的实际尺寸为模型建立含局部点蚀损伤球壳的有限元模型,根据实际情况选择划分网格类型,通过控制变量的方法对网格的尺寸进行选择,并与试验结果比对,确定了全局种子近似单元尺寸为球壳外径D的1/100,局部种子近似尺寸不超过点蚀深度t,在对局部种子设置时采用更小的最大偏离因子的网格方案。通过有限元法研究了点蚀形态参数对含局部点蚀损伤球壳极限屈曲载荷的影响,发现在点蚀凹坑体积和深度相同的情况下,点蚀的形态参数不会对球壳的极限屈曲载荷造成明显的影响;而点蚀凹坑的直径与深度会对球壳的极限屈曲载荷造成显著的影响;点蚀的分布区域也将对含局部点蚀损伤球壳的极限屈曲载荷造成明显的影响,当点蚀呈正方形分布时,是对球壳结构强度破坏最大的一种分布。此外,点蚀会削弱球壳初始几何缺陷对球壳极限屈曲载荷的影响,在厚壳的范畴内,初始几何缺陷对含局部点蚀损伤球壳的屈曲行为几乎没有影响。(3)通过对Abaqus软件的二次开发,建立了一种含随机点蚀损伤球壳的非线性数值计算方法。结合上文的研究提出了点蚀深度t与截面损伤率A两个用于描述含随机点蚀损伤球壳剩余极限屈曲载荷的参数,通过非线性有限元分析发现球壳的极限屈曲载荷随着深度t的增加而呈现近似于线性下降的趋势;在截面损伤率A的下降至大约55%时,球壳极限屈曲载荷随A变化的曲线近似于反比例函数图像,而在截面损伤率A大于55%小于65%的阶段,球壳极限屈曲载荷随A变化的曲线近似于抛物线函数。利用非线性有限元计算的结果,使用多项式拟合法与傅里叶拟合法拟合出含随机点蚀球壳极限屈曲载荷的预测函数,并对拟合结果进行了比对,综合考虑了拟合的精度与计算效率,选择了三次多项式法拟合的公式作为预测函数。(4)基于BP神经网络建立了对含随机点蚀损伤球壳极限屈曲载荷进行预测的预测模型,并将非线性有限元数值结果作为测试集测试预测模型与预测函数的预测效果,经过预测效果比对,发现预测函数与预测模型都具备不错的预测效果。

关键词：球壳屈曲载荷局部点蚀随机点蚀

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钢板结构的点蚀模拟及其极限强度研究

钢板结构的点蚀模拟及其极限强度研究

作者：仝泽军江苏科技大学

学位级别：硕士

随着经济发展,大跨径、高强度、轻质的工程结构不断涌现,钢构件在各项工程领域中应用的越来越广泛,所面对的环境条件也更加复杂恶劣,因此对于钢结构在恶劣环境下安全性能的关注越来越多。而近十年以来由于腐蚀引起的钢结构安全事故也层... 详细信息

随着经济发展,大跨径、高强度、轻质的工程结构不断涌现,钢构件在各项工程领域中应用的越来越广泛,所面对的环境条件也更加复杂恶劣,因此对于钢结构在恶劣环境下安全性能的关注越来越多。而近十年以来由于腐蚀引起的钢结构安全事故也层出不穷,因此腐蚀带来的材料退化导致的力学性能的损失已经成为近几年关注的重点。腐蚀形式被归纳总结为四种,均匀腐蚀,点蚀,沟槽腐蚀以及边缘腐蚀。而在这些腐蚀中,点蚀是在钢结构中最常见和最具破坏性的腐蚀。点蚀是非常危险的,普遍的,和难以察觉的。近年来,随着人们对点蚀机理认识的不断深化、对事故统计分析的进一步细化,钢板结构的极限强度在点蚀影响下的退化问题逐渐受到重视。本文基于随机点蚀模拟,针对不同的荷载条件研究不同形状蚀坑对板极限承载力、局部腐蚀区域应力应变特征的影响,分析点状腐蚀削弱钢板结构性能的方式。具体工作和结论如下:1、通过改进现有的元胞机模型,设计出适合模拟海洋环境下钢板结构腐蚀的元胞机模型,并利用元胞机模拟不同腐蚀体积下点蚀在钢板上萌发和发展的过程。研究表明,利用元胞机模拟点蚀可以在三维空间中详细描述点蚀发展过程,通过与有关文献对比,其模拟结果是可靠的。2、论证在对腐蚀模型进行有限元分析中使用实体单元可靠性,论证网格密度的灵敏性和经济性,论证用于实体单元双轴压缩程序的可靠性,确保模拟结果的准确性及可靠性。研究表明,合理的划分网格,使用实体单元进行有限元分析探讨极限承载力变化是可靠的,快捷的。3、在不同荷载条件下,蚀坑内部应力分布特征有明显差异。蚀坑间区域应力分布特征受蚀坑相对位置影响较大;蚀坑距离越近,蚀坑间区域应力集中现象越明显;蚀坑内部及蚀坑间区域应力分布特征受蚀坑深度影响明显。4、在单轴承压荷载条件下,分别基于单蚀坑板、双蚀坑板、随机点蚀板研究蚀坑形状、蚀坑相对距离、蚀坑深度变化对局部腐蚀区域应力应变分布特征的影响,并根据结论分析随机点蚀条件下蚀坑对腐蚀板受压状态下表现变化规律。研究表明,不同蚀坑形状腐蚀板极限承载力差异随着腐蚀体积增大逐渐增大,当腐蚀体积达到10%时,板的塑性应变分布出现明显差异。5、在双轴承压荷载条件下,基于不同腐蚀形式(单蚀坑、双蚀坑、随机点蚀)下研究蚀坑尺寸、位置变化对局部腐蚀区域应力应变分布特征的影响,并根据结论分析随机点蚀对双轴受压腐蚀板影响规律。研究表明,圆锥形腐蚀板承载力较低,当腐蚀体积达到10%时,不同形状蚀坑板极限承载力达到最大。

关键词：钢板结构随机点蚀元胞机腐蚀体积极限强度