橋梁構件局部熱點應力分析及其疲勞損傷累積過程模擬.pdf

1、該文的研究工作是圍繞著大跨度橋梁在交通荷載作用下,關鍵焊接構件的局部熱點應力分析和相應的疲勞損傷累積分析而展開的,目的為了對這些焊接構件內的疲勞損傷累積的過程進行比較準確的評估.首先,在青馬大橋三維有限元模型和整體動力響應分析計算的基礎上進一步進行關鍵疲勞構件的局部熱點應力分析,對疲勞危險部位處的焊接構件建立三維有限元模型,施加符合橋梁實際工況的載荷與位移邊界條件,進行局部熱點應力分析,確定這些焊接構件內的名義應力和相鄰焊接區(qū)域內熱點應

2、力之間的關系,得到相應的應力集中系數.這些初步成果為利用安裝在橋梁結構健康監(jiān)測系統上輸出的應變一時程數據,對這類焊接構件進行熱點應力推算和準確合理的疲勞損傷評估提供了理論和計算基礎.其次,針對大跨結構多尺度損傷模擬的需要研究建立相應的過渡單元,以便于實現局部熱點分析單元與結構單元之間的過渡.在綜合已有的構造過渡單元模型關于位移插值形式的基礎上,通過采用分段線性位移插值模式和線性位移插值方式,并在位移模式中引入非協調位移模式,強迫構造單元

3、通過分片試驗,構造了一種用于疏密網格單元連接過渡單元.進行了相應的數值分析,應力計算結果表明:構造的過渡單元能夠實現疏密網格之間的單元過渡,應力計算性能良好,表明文中所提出的過渡單元的連接過渡方案是可行的,初步實現了結構跨尺度損傷模擬過程中所需要的疏密網格單元之間的過渡.為了驗證文中構造的過渡單元模型用于分析焊接節(jié)點附近的應力集中問題的正確性和有效性,進一步又對過渡單元模型進行實驗結果驗證,采用平面過渡單元模型計算了本課題組進行的兩類焊

4、接構件的應力集中系數,并與根據實測方法得到的應力集中系數進行了比較,計算結果與實驗測試得到的應力集中系數和相應的熱點應力變化趨勢比較吻合,為該文建立的過渡單元的實際應用提供了初步的基礎.第三,將基于損傷力學的疲勞損傷有限元分析的全耦合過程,嵌入到商用有限元軟件包ABAQUS的用戶接口里.采用全耦合疲勞損傷分析方法,對青馬大橋關鍵焊接構件進行疲勞損傷累積分析,結果表明:疲勞損傷的累積過程具有局部性;疲勞損傷場與應力場之間存在著相互作用;廣

5、泛采用的線性米勒準則用于疲勞壽命評估是偏于安全的.這種偏于安全的誤差,用于結構的疲勞設計是合適的,但對于在役結構疲勞損傷累積的準確評估卻是不利的.該方法為橋梁結構基于有限元熱點應力分析和損傷力學理論進行局部疲勞損傷累積的準確評估提供了可行的方法和理論基礎.最后,考慮到實際焊接構件往往會存在初始缺陷,進一步研究了含初始缺陷的橋梁焊接構件的疲勞分析方法.在分析已有的大量含裂紋構件的實驗基礎上,以及結合本課題組所做實驗,假設初始裂紋焊接構件在