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天津天成源钢铁贸易探讨了各种情况下表面裂纹的程度

发布时间:2018-04-11来源:作者:

天津天成源钢铁发现表面裂纹是金属结构中的常见缺陷,广泛存在于石油天然气管道、钢桥、海洋钻井平台、航空机械等金属结构中。尺寸较小时,表面裂纹对结构的承载力影响较小,但在环境与载荷的反复作用下容易发生扩展,并最终造成结构的破坏。如果不能及时发现,甚至会造成重大灾难。


因此,表面裂纹是金属结构中一个不可小视的安全隐患。为了减少或杜绝该类安全隐患,采用纤维增强复合材料(FRP)加固含表面裂纹的钢结构无疑是一种先进的技术,也是钢结构加固领域的前沿课题。


为此,天成源采用本课题组发明的新型FRP片材——碳纤维薄板(CFL),对含三维表面裂纹的钢板进行了加固,并对加固后三维表面裂纹的应力强度因子进行了数值分析,然后在此基础上,对CFL加固钢板中三维表面裂纹的疲劳扩展规律进行了探讨。


天津天成源主要研究内容和结论如下CFL加固钢板中三维表面裂纹应力强度因子的数值分析方法。根据表面裂纹前缘所处的应力状态,对不同应力状态下I型裂纹的应力强度因子采用不同的计算公式,提出了CFL加固钢板中三维表面I型裂纹的应力强度因子的有限元计算方法;通过Python语言进行参数化建模,编制了以Python语言为基础的Abaqus接口程序,并开发了三维表面I型裂纹的应力强度因子求解器。


采用上述计算方法和程序,可以显著地降低应用Abaqus在求解表面裂纹应力强度因子时的计算误差,省去了GUI界面操作的重复而繁重工作,可以方便地对有限元计算模型进行修改和重建,提高了计算工作效率。


2)CFL厚度对应力强度因子(加固效果)的影响规律。采用上述数值计算方法和应力强度因子求解器,通过对拉伸、弯曲、弯拉组合载荷作用下、不同厚度的CFL加固钢板中三维表面裂纹的应力强度因子进行有限元分析。


探讨了表面裂纹的应力强度因子随CFL厚度的变化规律。研究结果表明,CFL加固可以显著降低表面裂纹的应力强度因子;随着CFL厚度的增加,加固效果的提升幅度(应力强度因子降低幅度)逐渐减小,尤其是当CFL厚度大于0.6mm以后,加固效果几乎不再提高,即过多地使用加固材料将会造成材料的浪费;在最大拉应力相同的条件下,三种载荷下CFL对应力强度因子的加固效果从高到低依次为:弯曲载荷、弯拉组合载荷、拉伸载荷。3)裂纹参数对应力强度因子的影响规律。


利用上述应力强度因子求解器进行有限元分析,分别探讨了在拉伸、弯曲、弯拉组合载荷作用下,不同裂纹参数对应力强度因子(加固效果)的影响规律。


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