焊接残余应力对钢桥顶板-纵肋焊接细节疲劳性能影响效应评估
顶板-纵肋构造细节是正交异性钢桥面板疲劳开裂最为频发的部位之一，阐明其疲劳失效机理并确定其疲劳抗力，具有重要的理论意义和工程实际意义。对顶板-纵肋构造细节进行相关试验中观察到焊缝萌生于焊根并沿板厚方向扩展的开裂模式，横隔板节间内的纵肋与顶板焊接细节（即RD细节）及横隔板处的纵肋与顶板焊接细节（即RDF细节）开裂位置有所不同。目前对两者开裂原因存在不同的解释，没有统一的模拟方法和解释框架。本文基于正交异性钢桥面板典型疲劳试验，针对顶板-纵肋两类细节不同的开裂现象，基于Chaboche循环塑性本构模型，考虑残余应力松弛效应进行焊接有限元模拟，从应力幅角度解释了二者开裂发生的原因。在此基础上，结合断裂力学理论对两类细节疲劳裂纹扩展进行数值模拟，阐明焊接残余应力对裂纹扩展全过程的影响。相关结果和结论如下： （1）基于正交异性钢桥面板典型疲劳试验，采用ABAQUS有限元分析软件分别建立了RD细节单跨两横隔板节段模型及RDF细节两跨三横隔板节段模型，并通过静载计算验证了有限元模型的合理性。静载结果显示：RDF细节实际开裂位置在静载下的应力循环规律为压-压循环，RD细节实际开裂位置在静载下的应力循环规律为拉-拉循环，只考虑静载原因无法解释二者不同的开裂现象。 （2）结合Fortran语言编写了ABAQUS-DFLUX热源子程序，采用热-力顺序耦合方法对单面焊RD细节及RDF细节温度场和应力场进行有限元模拟，得到焊根处横向残余应力分布规律，揭示残余应力与静力组合作用下两类构造细节应力循环特征，其结果显示：RD细节及RDF细节最大应力幅位置均位于加载位置正下方，其应力循环特征均表现为拉-拉循环。焊接初始残余应力场无法解释二者不同的开裂现象。 （3）将焊接模拟后残余应力与残余应变作为初始应力场、应变场，施加与试验相同的循环载荷，基于Chaboche循环塑性本构模型进行残余应力松弛模拟，得到RD细节及RDF细节焊接残余应力松弛规律，揭示松弛后残余应力与静力组合情况下两类构造细节应力循环特征，认为残余应力松弛效应是导致RD细节开裂位置发生迁移的原因。 （4）结合断裂力学理论建立了考虑残余应力的疲劳裂纹扩展模拟方法，分别对RD细节及RDF细节主导疲劳失效模式疲劳裂纹扩展进行数值模拟，确定了两类细节疲劳开裂模式及其疲劳寿命，阐明了焊接残余应力对裂纹扩展全过程的影响。
正交异性钢桥面板;焊接残余应力;应力松弛;疲劳裂纹扩展;数值模拟
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
卜一之
2022
中文
U448.36
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）