發(fā)布時(shí)間：2021-03-09 10:06

　　摩擦型高強(qiáng)螺栓連接被廣泛應(yīng)用于土木工程中,結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承受循環(huán)外荷載時(shí),需要考慮疲勞作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。摩擦型高強(qiáng)螺栓連接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞往往歸因于連接板的微動(dòng)疲勞破壞,與普通疲勞不同,微動(dòng)疲勞承受循環(huán)荷載和微動(dòng)的共同作用,微動(dòng)作用會(huì)減低構(gòu)件的疲勞壽命。本文通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得8組Q460C鋼、10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓單面連接件的微動(dòng)疲勞壽命及斷口形貌。為了建立微動(dòng)疲勞裂紋壽命模型,將總疲勞壽命分為裂紋擴(kuò)展壽命和萌生壽命兩部分,通過(guò)建立有限元模型,對(duì)高強(qiáng)鋼連接件進(jìn)行了疲勞分析,并考慮了接觸面粗糙度對(duì)微動(dòng)疲勞的影響,主要工作如下:（1）進(jìn)行摩擦型高強(qiáng)螺栓單面搭接連接疲勞試驗(yàn),得到疲勞壽命及斷口形貌。通過(guò)分析電鏡掃描得到的圖片,可以判斷其為微動(dòng)疲勞破壞,并且得到了裂紋擴(kuò)展的路徑。（2）首先基于試件疲勞斷口激光掃描試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)斷裂面進(jìn)行三維數(shù)值建模,將所得裂紋數(shù)值模型導(dǎo)入ABAQUS得到裂紋擴(kuò)展有限元模型,采用Python編程實(shí)現(xiàn)了三維裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展疲勞壽命分析,最終得到微動(dòng)裂紋擴(kuò)展壽命和裂紋擴(kuò)展路徑。（3）掃描測(cè)定裂紋萌生區(qū)附近的接觸面獲得粗糙度參數(shù)R_a,基于疲勞試驗(yàn)總壽命和擴(kuò)展壽命之差... 

【文章來(lái)源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

彗星號(hào)飛機(jī)蒙皮微動(dòng)疲勞破壞

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2輪表面萌生出微裂紋，微裂紋不斷擴(kuò)展直至鋼輪爆裂，最終導(dǎo)致悲劇發(fā)生。圖1.1彗星號(hào)飛機(jī)蒙皮微動(dòng)疲勞破壞圖1.2德國(guó)ICE高鐵車(chē)出軌事故近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，大量的工業(yè)和民用建筑相繼拔地而起，其中鋼結(jié)構(gòu)由于具有強(qiáng)度高、強(qiáng)重比大、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)中。其中一些鋼結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期承受動(dòng)力荷載需要考慮疲勞的影響，如空冷結(jié)構(gòu)，學(xué)者們對(duì)此做了大量研究[1-2]。目前焊縫連接和螺栓連接是鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法。焊接結(jié)構(gòu)由于殘余應(yīng)力的存在不宜承受動(dòng)力荷載。承壓型高強(qiáng)螺栓連接結(jié)構(gòu)在承受動(dòng)力荷載時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的剪切變形因此也不適用于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。而摩擦型高強(qiáng)螺栓連接結(jié)構(gòu)在承受動(dòng)力荷載時(shí)不易松動(dòng)并且具有連接可靠、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)快、受力性能良好、易拆除等諸多優(yōu)點(diǎn)。摩擦型高強(qiáng)螺栓連接件有成對(duì)的接觸面，在疲勞荷載的作用下，接觸面之間會(huì)發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng)，這種錯(cuò)動(dòng)會(huì)造成結(jié)構(gòu)中的連接件提前斷裂，大幅減少結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，這種情況屬于微動(dòng)疲勞的研究范疇。研究微動(dòng)疲勞需要從試驗(yàn)和理論兩個(gè)方面進(jìn)行。在試驗(yàn)方面，目前微動(dòng)疲勞試驗(yàn)主要集中于機(jī)械和航空領(lǐng)域，以合金材料為主要研究對(duì)象，但在土木工程領(lǐng)域，大型鋼結(jié)構(gòu)的主要材料為高強(qiáng)鋼，因此以高強(qiáng)鋼連接件為研究對(duì)象的微動(dòng)疲勞試驗(yàn)更具有工程意義；在理論方面，微動(dòng)疲勞是一個(gè)非常復(fù)雜的交叉課題，既涉及微動(dòng)磨損也涉及疲勞。目前在實(shí)際工程中主要通過(guò)擬合疲勞壽命曲線來(lái)估算微動(dòng)疲

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5續(xù)微動(dòng)作用下，蝕坑底部逐漸萌生疲勞裂紋，疲勞裂紋在荷載和微動(dòng)的共同作用下不斷擴(kuò)展直至結(jié)構(gòu)失效，微動(dòng)疲勞破壞的全過(guò)程如下圖所示[4]：（a）滑移帶產(chǎn)生（b）微裂紋萌生（c）疏松區(qū)出現(xiàn)（d）大裂紋萌生圖1.5微動(dòng)疲勞破壞示意圖裂紋擴(kuò)展階段可分為裂紋成核階段、裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展階段、裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段。在裂紋成核階段，裂紋主要在材料表面擴(kuò)展沒(méi)有貫穿整個(gè)截面，此時(shí)影響裂紋擴(kuò)展的主要因素是外荷載和表面微動(dòng)作用，裂紋與接觸面呈45度角方向擴(kuò)展。在裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展到材料內(nèi)部并貫穿整個(gè)截面，此時(shí)影響裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的主要因素是外荷載，表面微動(dòng)作用對(duì)裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的影響可以忽略不計(jì)，裂紋與接觸面呈垂直方向擴(kuò)展。在裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段，裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展，隨后導(dǎo)致材料斷裂，這個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間非常短。圖1.6微動(dòng)裂紋擴(kuò)展圖學(xué)者們提出了很多關(guān)于微動(dòng)損傷作用機(jī)理的理論[5-6]，其中比較重要的觀點(diǎn)如下：（1）分子磨損理論Tomlinson從分子運(yùn)動(dòng)的角度解釋了微動(dòng)磨損現(xiàn)象，他認(rèn)為在循環(huán)荷載和垂直壓力的共同作用下，接觸面之間的應(yīng)力值接近范德華力，相互接觸的分子層由于分子間的吸引力將脫離母體，從而導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。但是分子磨損理論具有很大的局限性對(duì)一些微動(dòng)磨損現(xiàn)象無(wú)法做出合理的解釋，因此分子磨損理論被

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]表面改性對(duì)鈦合金高溫微動(dòng)疲勞行為影響的研究[D]. 高廣睿.西北工業(yè)大學(xué) 2005
[2]低周載荷作用下燕尾榫結(jié)構(gòu)微動(dòng)疲勞壽命研究[D]. 夏青元.南京航空航天大學(xué) 2005



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