通过在疲劳裂纹加工制作止裂孔,能够降低裂纹的应力集中,延缓裂纹的扩展进程。国内外学者有关止裂孔的研究开始较早,近几年也有许多学者对止裂孔进行了相关研究。Fanni等人从优化止裂孔的形状着手,提出了一种止裂孔形状优化方案,使用该方案对止裂孔形状进行优化,能够在不降低结构剩余强度的前提下使止裂孔的效果达到佳。对比不同工况下作者所提佳孔形与圆形孔的性能,在所有工况下作者所提出的佳孔形性能都优于圆形孔的性能。相比于使用圆形止裂孔,使用作者所提佳孔形能使萌生寿命提升2至9倍;Razavi等人也通过改进止裂孔形状对止裂孔技术进行改进,并终达到了提升止裂孔效果的目的。Razavi等人使用ANSYS建立有限元分析模型,对含止裂孔CT试件在不同受力模式下的裂纹萌生及扩展过程进行了分析,并讨论了止裂孔半径对试件疲劳寿命的影响。作者得到的不同混合受力模式下裂纹的扩展路径,其中Me为弹性混合参数。研究结果表明受力模式除了影响裂纹扩展路径外还会影响试件疲劳寿命,当Me从1逐渐降低至0的过程中,试件的萌生寿命和扩展寿命均有所提升。同时研究结果还表明,随着止裂孔半径的增大,止裂孔边缘应力降低、疲劳寿命增大;而MiaoXinting等人则引入了扩展有限元方法(XFEM),进一步丰富了混合受力模式下止裂孔问题的分析方法;Pavlou则通过理论分析对混合模式受力下止裂孔对裂纹扩展的延滞效果进行了分析,所得结果与Razavi等人所得结果一致。FuZhongqiu等人针对桥梁结构对止裂孔加工方法和影响效果进行了研究,研究结果表明加工止裂孔后,裂纹附近的应力显着降低,而远离裂纹的部分的平均应力则增加。随着止裂孔直径的增加,裂纹处的应力集中显着降低,循环使用寿命延长,而应力集中下降的趋势有所降低。同时,作者还研究了多止裂孔方法,就多孔裂纹止裂方法而言,侧面孔的效果不如单个孔明显,且其对裂纹的影响不大。对于由单孔和侧面孔组成的其他孔,增加的孔直径会导致较小的应力集中系数和更有利的止裂性能。其试验结果还表明止裂孔只能阻止裂纹的扩展,再生后的后期裂纹扩展速度快于早期,止裂孔及其插入方式对裂纹扩展速率没有影响。HuYun等人通过数值模拟对止裂孔形状、位置和尺寸对裂纹转向、裂纹扩展寿命及裂纹应力场的影响进行了探究,不同止裂孔形状的数值模拟分析模型尺寸。研究结果表明相较于止裂孔中心距离裂纹的水平距离,止裂孔中心距离裂纹的垂直距离对裂纹转向角度及结构疲劳寿命的影响更为明显,且佳垂直距离受止裂孔尺寸影响。同时研究结果也表明裂纹扩展过程中的转向角度与结构的疲劳寿命呈正相关,在裂纹钻止裂孔时需合理确定止裂孔的尺寸及位置。与此同时,国内的学者熊祖钊、吉伯海、袁周致远、姚悦等人也围绕止裂孔开展了相似的研究。从近几年国内外学者有关止裂孔的研究内容可以看出,目前有关止裂孔的研究主要集中在止裂孔形状优化、止裂孔位置优化以及有限元仿真方法等方面。研究结果表明止裂孔能够一定程度上延缓裂纹扩展过程、延长结构疲劳寿命,并且通过对止裂孔的形状、位置进行优化能进一步提升延寿效果。但是另一方面,从已有的研究结果来看,单纯的止裂孔对结构疲劳寿命提升效果较为有限,当裂纹从止裂孔边缘萌生并进一步扩展后裂纹的扩展速度并不受止裂孔的影响,单一使用止裂孔对含裂纹结构进行处理的弊端较为明显。FRP作为一种新型复合材料,早主要被广泛应用在土木工程领域用以对钢筋混凝土梁等进行强化加固,然后被国内外研究学者借鉴用以金属结构的修复加固,近些年有关FRP修复加固钢结构的研究报道也是十分丰富。
吉伯海简介(吉伯海)
1、吉伯海