Q345qD钢焊接接头疲劳强度和疲劳裂纹扩展性能试验研究

摘要

我国公路钢桥的疲劳设计及疲劳寿命预测研究相对滞后,对公路钢桥的疲劳设计规范主要参考国外规范和我国铁路钢桥规范,公路钢桥规范尚未对疲劳荷载形式和许多结构细节的疲劳寿命S-N曲线进行规定,有关焊接结构和焊接接头的疲劳试验数据非常匾乏。因此,开展公路钢桥焊接接头及母材的疲劳损伤行为的试验研究是十分必要的,将对公路钢桥疲劳设计和疲劳寿命预测提供基础设计数据。
　　本文在对桥梁钢Q345qD焊接接头硬度和金相组织研究的基础上,主要对其母材、焊接接头的疲劳性能和相应的断裂机理、疲劳裂纹扩展速率等性能进行了试验研究,研究结果如下:
　　(1)对焊接接头各区域进行了硬度试验,结果表明焊接接头焊缝中心处的硬度值较低,在热影响区的重结晶区存在硬度最高点,而在部分相变区存在硬度最低点。硬度最低点为对接接头的薄弱区。
　　(2)通过对母材以及不同形式焊接接头的疲劳强度试验,得到了各组试样的S-N曲线和在200万循环周次下,可靠度为50％和97.7%时,母材对应的条件疲劳极限分别为249.74MPa、204.75MPa;对接接头对应的条件疲劳极限分别为176.11MPa、146.88MPa;去余高对接接头对应的条件疲劳极限分别为183.4MPa、150.75MPa。
　　(3)对疲劳断口进行了扫描电镜观察和分析,得出母材试样的疲劳裂纹起源于试样表面材料缺陷或试样尖角处;对接接头试样疲劳裂纹起源于焊趾应力集中处;去余高对接接头试样疲劳裂纹起源于热影响区。
　　(4)进行了疲劳裂纹扩展速率试验,得到了桥梁钢Q345qD对接接头不同区域的疲劳裂纹扩展速率曲线。结果表明在同一应力比的前提下,桥梁钢Q345qD对接接头不同部位的疲劳裂纹扩展速率不同,热影响区的扩展速率较快,其次依次为横向焊缝、母材,焊缝金属最慢。
　　(5)对疲劳裂纹扩展速率试验试样的断口形貌进行观察与分析。结果表明:疲劳裂纹的疲劳源区起源于预制裂纹的位置,裂纹扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主;母材最后断裂区可看到细小的等轴韧窝,表现为韧性断裂;热影响区、焊缝和横向焊缝最后断裂区出现解理断裂特征,表现出一定的脆性断裂。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钢结构桥疲劳问题研究历史和现状

1.3 金属材料疲劳的研究

1.4 疲劳裂纹扩展速率研究

1.5 Q345钢简介

1.6 本课题研究的意义

1.7 本文研究的主要内容

第二章 试验设计及试验方法

2.1 焊接接头显微组织观察

2.2 焊接接头硬度测试

2.3 疲劳强度试验

2.3 疲劳裂纹扩展速率测试

第三章 Q345qD桥梁钢疲劳强度试验结果及分析

3.1 引言

3.2 试验结果

3.3 本章小结

第四章 Q345qD桥梁钢疲劳裂纹扩展速率试验分析

4.1 引言

4.2 疲劳裂纹扩展速率试验数据与分析

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果

致谢