文档摘要：主缆作为悬索桥不可更换的关键承重构件,其钢丝的疲劳寿命将直接影响桥梁的安全性和耐久性.由于主缆通常暴露于侵蚀环境中,往往会产生不同形式的腐蚀效应,其中点蚀是一种破坏力强且十分典型的腐蚀损伤,通常会成为疲劳裂纹萌生的初始点,从而显著降低构件的疲劳寿命.为研究点蚀效应对超高强钢丝疲劳性能的影响,采用能反映腐蚀电化学机理的元胞自动机模型模拟点蚀复杂形成过程,并基于盐雾试验标定演化参数,获得超高强钢丝的表面点蚀坑模型;在ABAQUS中开发基于连续损伤力学的UMAT子程序,实现腐蚀钢丝的疲劳损伤演化与寿命预测,揭示腐蚀程度、蚀坑形状参数对超高强钢丝的损伤演化规律和疲劳寿命的影响.结果表明:采用元胞自动机方法能够准确模拟钢丝点蚀过程,生成的模型可以很好地展现真实的蚀坑形态和特征;在蚀坑处最早出现损伤,前中期损伤速率较慢,后期发展迅速;随着疲劳荷载的加载,蚀坑处会发生应力重分布现象,蚀坑底部的应力逐渐降低,周边应力反而增加;在元胞自动机中以质量损失率表征钢丝腐蚀程度,当钢丝的质量损失率从0.1%增加到0.25%时,其疲劳寿命减少约36.8%;点蚀坑的深宽比越大,形状越尖锐,钢丝越容易发生疲劳破坏.研究结果可为腐蚀环境下超高强钢丝的疲劳寿命评估和提高桥梁的耐久性提供参考.
Abstract：Themaincableisakeyload-bearingcomponentthatcannotbereplacedinsuspensionbridges.Thefatiguelifeofitssteelwiredirectlyaffectsthesafetyanddurabilityofthebridge.Sincethemaincableisusuallyexposedtocorrosiveenvironments,ittendstoproducedifferentformsofcorrosioneffects.Amongthem,pittingcorrosionisahighlydestructiveandtypicalcorrosiondamage,whichusuallybecomestheinitialpointoffatiguecrackinitiation,significantlyreducingthefatiguelifeofthecomponent.Tostudytheeffectofpittingcorrosiononthefatigueperformanceofultra-highstrengthsteelwire,thisarticleusedacellularautomatamodelthatreflectstheelectrochemicalmechanismofcorrosiontosimulatethecomplexformationprocessofpittingcorrosion,andcalibratedtheevolutionparametersbasedonsaltspraytesttoobtainasurfacepittingpitmodelofultra-highstrengthsteelwire.AUMATsubroutinebasedoncontinuousdamagemechanicswasdevelopedinABAQUStoachievefatiguedamageevolutionandlifepredictionofcorrodedsteelwires.Theeffectsofcorrosiondegreeandpitshapeparametersonthedamageevolutionandfatiguelifeofultra-highstrengthsteelwireswererevealed.Theresultsshowthattheuseofcellularautomatamethodcanaccuratelysimulatetheprocessofsteelwirepitting,andthegeneratedmodelcanwelldemonstratethetruemorphologyandcharacteristicsofpitting.Thedamagefirstappearedattheerosionpit,withaslowerrateintheearlyandmiddlestagesandarapiddevelopmentinthelaterstages.Withtheapplicationoffatigueloading,stressredistributionoccursatthecorrosionpit,andthestressatthebottomofthecorrosionpitgraduallydecreases,whilethesurroundingstressincreasesinstead.Incellularautomata,thedegreeofsteelwirecorrosionischaracterizedbythemasslossrate.Whenthemasslossrateofthesteelwireincreasesfrom0.1%to0.25%,itsfatiguelifedecreasesbyabout36.8%.Thelargerthedepthtowidthratioofpittingpits,thesharpertheirshape,andthemorelikelythesteelwireistoundergofatiguefailure.Theresearchresultscanprovidetechnicalreferenceforevaluatingthefatiguelifeofultra-highstrengthsteelwiresincorrosiveenvironmentsandimprovingthedurabilityofbridges.
作者：王晓明 张浩楠 邓华 张煜博 彭寒笑 Author：WANGXiaoming ZHANGHaonan DENGHua ZHANGYubo PENGHanxiao
作者单位：长安大学公路学院,陕西西安710065;旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室(西安),陕西西安710064长安大学公路学院,陕西西安710065
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(6)
分类号：U443.38
关键词：超高强钢丝 元胞自动机 腐蚀疲劳 损伤演化 疲劳寿命
Keywords：ultra-highstrengthsteelwire cellularautomata corrosionfatigue damageevolution fatiguelife
机标分类号：TG14U443.38TU528.01
在线出版日期：2024年7月16日
基金项目：国家自然科学基金，长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目点蚀效应下超强钢丝疲劳损伤演化及寿命预测[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(6)王晓明 张浩楠 邓华 张煜博 彭寒笑主缆作为悬索桥不可更换的关键承重构件,其钢丝的疲劳寿命将直接影响桥梁的安全性和耐久性.由于主缆通常暴露于侵蚀环境中,往往会产生不同形式的腐蚀效应,其中点蚀是一种破坏力强且十分典型的腐蚀损伤,通常会成为疲劳裂...参考文献和引证文献
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