点支式玻璃板及铝合金板材的疲劳性能研究

论文摘要

建筑幕墙是由金属构件与幕墙面板组成的建筑外围护结构。点支式玻璃幕墙以及铝合金幕墙是两种新型的建筑幕墙体系,具有广泛的应用前景。本文着重研究了幕墙中点支式玻璃板与铝合金板的疲劳性能,为避免幕墙面板发生疲劳破坏提供试验与理论依据。本文通过试验与计算分析,对点支式单层、夹层钢化玻璃板的疲劳断裂特性以及6005-T5和6061-T6铝合金板的疲劳性能进行了理论和试验研究,主要研究内容概括如下:1)模拟点支式玻璃在风荷载长期反复作用下的工作状态,通过对8mm单层钢化玻璃和6+1.14PVB+6夹层钢化点支式玻璃的足尺试验模型,经过200万次的单点集中力高频加卸载试验,研究了点支式玻璃板在疲劳荷载作用下的抗脆性破坏能力以及点支式玻璃体系各组件的抗疲劳性能,为其各受力元件的抗脆性破坏设计提供了试验依据。2)以玻璃材料的断裂力学理论为基础,分析了影响点支式玻璃脆性断裂的影响因素,着重阐述了玻璃钢化对其表面微裂纹及其强度的影响,并对玻璃板的疲劳寿命进行了评估;通过对I型玻璃开口裂纹的有限元分析结果与理论解的比较发现两者非常接近。3)采用常规试验方法分别对6061-T6和6005-T5两种典型的铝合金光滑板试件进行了轴向拉伸疲劳试验。运用每组至少7个试件的疲劳循环数据得出了两种材料1042×106中长寿命区间的S-N曲线,并对它们的疲劳性能进行了分析与比较。4)对3件四点支承的6005-T5铝合金板进行了200万次的疲劳循环试验,并对板的各个部位进行了冲击试验研究。疲劳试验结果显示铝合金板具有良好的抗疲劳性能;同时冲击试验也表明铝合金板在工程应用中的安全可靠性。上述研究成果,为点支式玻璃板及铝合金板材的理论研究和工程设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 结构的断裂与疲劳研究
• 1.2.1 疲劳断裂的机理
• 1.2.2 材料的疲劳寿命与S-N 曲线
• 1.2.3 疲劳试验及材料的疲劳强度
• 1.3 点支式玻璃板的疲劳与断裂研究
• 1.3.1 点支式玻璃的应用特点
• 1.3.2 玻璃的力学性能
• 1.3.3 玻璃的疲劳破坏
• 1.3.4 点支式玻璃疲劳断裂研究现状
• 1.4 铝合金的疲劳性能研究
• 1.4.1 铝合金在幕墙中的应用
• 1.4.2 铝合金的材料力学性能
• 1.4.3 铝合金疲劳性能研究现状
• 1.5 论文研究内容
• 1.5.1 点支式玻璃板疲劳性能研究
• 1.5.2 铝合金板的疲劳性能研究
• 1.5.3 论文结构安排
• 第2章 点支式玻璃板的疲劳试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验装置与方案
• 2.2.1 试验模型
• 2.2.2 支承节点
• 2.2.3 试验设备
• 2.3 静力加载试验
• 2.3.1 应变片的布置
• 2.3.2 静力加载试验
• 2.3.3 静力试验结果与有限元结果比较
• 2.3.4 静力试验结果
• 2.4 疲劳试验
• 2.4.1 疲劳荷载的确定
• 2.4.2 高频疲劳加卸载试验
• 2.4.3 疲劳加载后的静力破坏试验
• 2.4.4 疲劳试验小结
• 2.5 本章小结
• 第3章 玻璃板的断裂力学分析与疲劳寿命评估
• 3.1 玻璃板的缺陷裂纹与脆性断裂
• 3.1.1 玻璃板的脆性断裂及其分析方法
• 3.1.2 玻璃钢化对其断裂的影响
• 3.2 玻璃应力强度因子的有限元分析
• 3.2.1 有限元法计算应力强度因子的基本原理
• 3.2.2 玻璃表面I 型裂纹的应力强度因子分析
• 3.3 玻璃板的疲劳寿命评估
• 3.3.1 疲劳寿命评估方法分析
• 3.3.2 基于断裂力学的疲劳寿命评估分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 铝合金6005-T5 和6061-T6 疲劳性能试验研究
• 4.1 试验目的
• 4.2 试验模型设计与制作
• 4.2.1 试件的制作
• 4.2.2 试验仪器
• 4.2.3 材性试验
• 4.3 试验方法与试验过程
• 4.3.1 预加载疲劳试验
• 4.3.2 试验方案的确定
• 4.3.3 铝合金6005 疲劳试验结果
• 4.3.4 铝合金6061 疲劳试验结果
• 4.3.5 疲劳断口分析
• 4.4 绘制S-N 曲线
• 4.4.1 6005-T5 合金的S-N 曲线
• 4.4.2 6061-T6 合金的S-N 曲线
• 4.5 试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 铝合金板的疲劳与冲击试验研究
• 5.1 工程背景
• 5.2 铝合金板的疲劳试验研究
• 5.2.1 试验模型与设备
• 5.2.2 疲劳试验过程
• 5.2.3 疲劳试验结果分析
• 5.3 铝合金板的冲击试验研究
• 5.3.1 试验模型与方法
• 5.3.2 试验控制参数的选择
• 5.3.3 试验现象
• 5.3.4 冲击试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果