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桅杆结构拉耳焊接节点疲劳试验研究

贾志伟  
【摘要】:桅杆结构是一种主要承受风荷载的高耸结构,由一根直立的细长杆身和3~4个方向沿高度斜向张拉的数层纤绳组成,近年来被广泛应用于无线电通讯、广播电视、海空导航、环境保护、能源开发等国民经济的重要领域。桅杆结构在服役期内长期承受着循环动力载荷(风力作用,移动荷载,地震作用)作用,大量研究和工程实例表明,循环应力容易导致桅杆结构焊接节点的焊接区域出现疲劳裂纹,并会不断扩展,直至引起节点的脆性断裂,这些都将会导致桅杆结构的安全性能下降甚至引起结构的倒塌破坏。为此,对桅杆结构焊接节点进行疲劳损伤分析,研究疲劳裂纹的萌生和扩展并预测疲劳寿命,对于保证桅杆的安全是十分必要的。 本文详细的阐述了疲劳破坏的理论,研究了结构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焊接残余应力对疲劳性能的影响。事实上,桅杆结构焊接拉耳节点在整个使用寿命内作用的循环应力水平较低,寿命循环次数较高,破坏时,截面上的应力低于材料的抗拉强度,甚至还可能低于屈服点,塑性变形也很小。因此,桅杆结构焊接拉耳节点的疲劳破坏属于没有明显变形的脆性破坏,有着较大的危险性。 为深入研究桅杆结构焊接拉耳节点应力疲劳破坏机理,本文将桅杆结构焊接拉耳节点试验模型十六个,按八个一组分为两组,其中一组进行同一水平的消残处理,两组试件分别在INSTRON1341电液伺服材料试验机上进行等应力幅的反复加载直至其裂纹萌生,测得试件在不同应力幅值作用下至裂纹萌生的荷载循环次数,利用所得的试验结果,对试验数据进行处理归纳,得出与疲劳寿命符合的分布曲线,即钢结构高周疲劳破坏条件下的“应力幅——循环次数”(Sa-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“应力幅-疲劳寿命”关系曲线。


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