文档名：基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳SN曲线研究
摘要：高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全.钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响.精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题.首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线.大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性.含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析.参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果.基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考.
Abstract：High-strengthcold-drawnsteelwireiswidelyusedincableload-bearingstructuresduetoitsexcellentperformance,butthecorrosionandfractureofsteelwireposeathreattothestructuresafetyinservice.Pittingcorrosiononthewiresurfacecanleadtofatiguecracksduetostressconcentrationeffects.Therefore,theresiduallifeofcorrodedsteelwiredependsmainlyonthecrackpropagationstage,andcrackgrowthissignificantlyinfluencedbythecorrosiondegree(initialdamage).Accuratecharacterizationofthecorrosiondegreeandpreciseassessmentoftheremaininglifeofcorrodedsteelwireremainachallengeinmaintenance.Inthisstudy,themaximumdepthofcorrosionpitwasusedtorepresentthecorrosiondegree,andthestressintensityfactorrangewasusedasthedrivingforceindicatorforcrackpropagationofthetensilesteelwire.AtheoreticalmodelforcrackpropagationwasestablishedusingtheParisequationbasedonfracturemechanics,fromwhichthefatigueS-Ncurveoftensilecorrodedsteelwirewasderived.ExtensivecomparisonsbetweentheresultsofnumerouscorrosionwirefatiguetestsandthetheoreticalpredictionscanvalidatetherationalityandeffectivenessoftheproposedtheoreticalmodelandtheS-Ncurve.Finiteelementsimulationsofcrackpropagationinsteelwirewithmultiplecorrosionpitsdemonstratethatanequivalentsinglecrackcanbeusedforsimplifiedanalysisofthefatiguelifeofsteelwirewithcorrosionpits.Finally,parameteranalysisindicatedthatpitdepthandcorrosionenvironmentwerekeyinfluencingfactorsonthefatiguestrengthofcorrodedsteelwire,whilestressratioandfatigueloadingfrequencyhadminoreffects.TheproposedS-Ncurvecanremainapplicableforevaluatingtheremaininglifeofcorrodedsteelwireundernormalserviceconditionsandyieldsreasonablepredictiveresults.ThetheoreticalapproachbasedonfracturemechanicsandthefatigueS-Ncurvepresentedherecanserveasareferenceforassessingthefatiguestrengthandresiduallifeofcorrodedsteelwires.
作者：叶华文 叶杨帆 邓雪峰 杨军川 徐勋 Author：YEHuawen YEYangfan DENGXuefeng YANGJunchuan XUXun
作者单位：西南交通大学土木工程学院,四川成都610031成都市市政工程设计研究院有限公司,四川成都610023四川资潼高速公路有限公司,四川成都641300
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(5)
分类号：U447
关键词：冷拔钢丝 腐蚀 剩余寿命 S-N曲线 蚀坑深度
Keywords：cold-drawnsteelwire corrosion residuallife stress-life(S-N)curve pitdepth
机标分类号：TG111.8O346.2U469
在线出版日期：2024年7月8日
基金项目：国家重点研发计划，国家重点研发计划，国家自然科学基金，中国中铁股份有限公司科技研究开发计划基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(5)叶华文 叶杨帆 邓雪峰 杨军川 徐勋高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全.钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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