受拉钢杆件低周疲劳寿命试验研究

论文摘要

疲劳是结构失效的最主要的原因,疲劳破坏也是工程中十分普遍的现象。特别是在造船、航空、交通运输、海洋工程、机械制造业中尤为突出。它严重威胁着工程结构的安全使用。而钢结构在服役过程中经常会受到强风、地震等重复荷载的作用,可能会导致结构构件反复进入塑性状态,从而发生塑性疲劳破坏甚至断裂。因此,描述钢结构构件在强风、地震作用下的破坏准则,成为钢结构研究领域中非常重要的一方面。从十九世纪二十年代开始,世界上已经有学者着手研究金属构件的疲劳问题,对结构从不同的角度、不同的形式等方面提出了不同的破坏准则,建立了不同的塑性破坏模型。但是,这些模型依然存在着一定的局限和缺陷。本文对构件疲劳破坏理论进行了详细的阐述,研究了构件在循环荷载作用下的疲劳特性,总结出疲劳问题的特点以及影响疲劳性能的因素。事实上,很多工程构件在整个使用寿命内所经历的极限循环次数却并不多。在这种寿命较短的前提下,就可以将设计应力或应变水平提高,充分发挥材料潜力,使构件的高应力或高应变处进入塑性屈服。特别是对于延性比较好的材料,进入屈服后应变的变化较大,而应力的变化相对很小,此时用应变疲劳能够更恰当地描述材料的疲劳性能。为深入研究钢结构杆件低周塑性破坏机理,本文按照《GBT 15248-1994金属材料轴向等幅疲劳试验方法》,采用一批Q235-A圆柱钢构件在INSTRON 1341电液伺服材料试验机上进行低周塑性疲劳破坏试验,对其进行轴向给定变形水准下的反复加载直至其断裂破坏,测得钢构件在不同应变幅值下的极限循环次数,利用所得的试验结果,对试验数据进行处理归纳,得出疲劳寿命符合的分布曲线,即钢杆件低周塑性疲劳破坏条件下的“塑性应变幅——循环次数”（Sp-Nf）关系曲线,并通过Matlab软件对数据结果进行曲线拟合,从而得出较为合理的“应变幅-疲劳寿命”关系曲线。然后,将该曲线与对称位移幅值循环加载条件下的疲劳寿命曲线对比分析,得出两种曲线的适用类型及条件,从而作出较为合理的低周疲劳破坏模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 研究疲劳破坏的必要性
• 1.2.2 金属材料低周疲劳试验研究现状
• 1.2.3 结构构件塑性疲劳破坏理论研究现状
• 1.3 研究的内容和方法
• 第二章 疲劳相关理论
• 2.1 引言
• 2.2 构件在循环荷载作用下的疲劳特性
• 2.2.1 疲劳共有特性
• 2.2.2 疲劳断裂
• 2.2.3 影响疲劳性能的因素
• 2.3 应变疲劳
• 2.3.1 应力-应变关系
• 2.3.2 循环应力-应变响应
• 2.3.3 应变疲劳性能
• 第三章 钢构件轴向循环荷载作用下塑性破坏试验
• 3.1 引言
• 3.2 钢杆件低周塑性试验系统
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试件制作
• 3.2.3 试件的加工工艺
• 3.2.4 试验装置
• 3.2.5 试验思路
• 3.2.6 试验方法及过程
• 3.2.7 数据记录
• 3.3 钢杆件的低周疲劳试验数据处理
• 第四章 试验问题处理及疲劳寿命曲线分析
• 4.1 引言
• 4.2 试件类型选择方案
• 4.3 本试验中平均应变的影响
• 4.4 受压区屈服状态曲线对比分析
• 4.5 钢杆件塑性疲劳破坏模型
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表和完成的论文
• 致谢