摘要：针对传统宏观唯像学方法无法描述钢桥疲劳损伤由微观到宏观的多尺度演化过程的问题,建立了可描述钢桥复杂构造疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法.首先,结合微观晶体塑性本构模型,建立了以能量耗散理论为基础的微观短裂纹成核与扩展模型.同时,结合线弹性断裂力学,建立了宏观长裂纹扩展模型.在此基础上,以钢桥典型的纵肋与顶板焊接构造细节为研究对象,结合既有疲劳试验,模拟并验证了微观短裂纹的成核、扩展,以及宏观长裂纹扩展全过程.数值模拟结果与试验结果基本一致,表明所提出的疲劳裂纹跨尺度扩展与寿命预测方法对于钢桥复杂构造细节疲劳损伤演化与评估具有较好的适用性.

摘要：为了研究碳化环境与重复列车荷载耦合作用下城市轨道交通U型梁的疲劳损伤演化规律以及腐蚀疲劳性能,提出一种考虑碳化锈蚀与疲劳耦合效应的城市轨道交通U型梁腐蚀疲劳寿命评估方法,研究混凝土保护层疲劳开裂对钢筋锈蚀的加速效应以及钢筋锈蚀对疲劳抗力的影响。针对某城市轨道交通高架线的30 m预应力混凝土U型梁,采用该方法评估该U型梁在设计工况下的疲劳损伤演化规律和腐蚀疲劳寿命,并分析不同列车通行频率和碳化环境对疲劳损伤演化及腐蚀疲劳寿命的影响。研究结果表明:在所设计的碳化环境和列车通行频率下,U型梁的腐蚀疲劳寿命为403 a,表明U型梁的腐蚀疲劳性能良好;碳化环境和列车通行频率对U型梁腐蚀疲劳寿命影响较大;与设计工况相比,极端碳化环境和极限列车通行频率分别导致U型梁的腐蚀疲劳寿命下降30.28%和31.27%,在两者共同作用下,腐蚀疲劳寿命下降45.41%。

摘要：纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced plastic,FRP)具有强度高、密度低、抗疲劳、可设计性强等优点,自被开发以后便迅速在航空航天等现代工程领域得到广泛应用。随着对FRP失效机理研究的深入及工程设计水平的提高,工程中FRP材料的设计许用值逐渐提高,FRP材料的疲劳问题变得不容忽视。尤其是高铁、飞机结构中的FRP材料,常常由于气动原因承受着高频振动载荷,从而引发FRP材料的超高周疲劳(Very high cycle fatigue,VHCF)失效问题。对FRP材料的超高周疲劳问题的研究主要分为四个方面:(1)FRP超高周疲劳试验方法;(2)FRP超高周疲劳损伤机理;(3)FRP超高周疲劳性能曲线特征;(4)FRP超高周疲劳寿命预测方法。其中疲劳试验方法为研究提供基本试验数据,是所有研究中最基础的部分。FRP超高周疲劳试验技术主要沿用金属材料的超高周疲劳试验方法,但由于FRP材料阻尼大、导热性差且对温度敏感,难以直接提高试验的加载频率。目前,主要采用减小试验件厚度、间歇加载以及强制冷却等手段来控制试验件温度,从而提高加载频率,缩短FRP超高周疲劳试验时间。超高周疲劳与常规疲劳的本质差别在于疲劳损伤机理的差异。超高周疲劳载荷下,FRP材料的基体裂纹损伤可能转变为局部点蚀,并且分层损伤可能先于基体裂纹萌生,这与典型的“三阶段”损伤演化过程有所不同。超高周疲劳载荷下,FRP材料的S-N曲线也表现出三种不同形式,分别对应存在疲劳极限、疲劳强度持续下降以及疲劳强度阶梯式下降三种情况。FRP超高周疲劳寿命预测方法主要沿用FRP常规疲劳寿命预测方法,其中基体裂纹密度方法可以降低对超高周试验数据的依赖程度。目前对FRP超高周疲劳损伤演化及性能曲线等问题的研究停留在对试验结果的观察阶段,缺乏系统的总结与研究。本文回顾了FRP材料超高周疲劳问题的研究进展,对FRP超高周疲劳研究的四个方面的内容进行了详细介绍。通过对现有研究成果进行对比分析,提出了FRP超高周疲劳需要深入研究的问题。