基于不完全数据“单点-成组法”对Q345钢材疲劳性能的研究

摘要

随着中国钢结构项目数量和规模的逐步增加，关于钢结构相应的安全问题也越来越受到人们的关注。环境作用将改变钢铁的材料特性，再考虑到永久荷载和可变荷载的作用，疲劳损伤在材料中逐步累积，钢结构体系的机械性能逐渐降低，从而削弱结构极限状态的抗力，造成事故的发生。本文通过理论建模和试验分析，研究了被广泛应用于我国钢结构中Q345钢材的疲劳性能，主要内容如下：　　（1）不完全数据“单点-成组法”曲线方程　　以改进“单点-成组法”的建模方法为基础，结合不完全数据分析方法，建立了疲劳寿命服从正态分布的三参数S-N曲线表达式，利用不完全数据“单点-成组法”建立相应的P-S-N曲线和γ-P-S-N曲线表达式，并给出了对应的实现算法，然后利用公开的直升机疲劳寿命数据，对给出的寿命数据进行了三种不完全的假设，对比了由完全寿命和不完全寿命计算得出的S-N曲线参数值，最后利用计算得到的S-N曲线参数，建立了相应的S-N曲线模型，验证了不完全数据“单点-成组法”的正确性和有效性，为后续疲劳试验的开展及疲劳寿命S-N模型的建立提供了理论基础。　　（2）Q345钢材疲劳试验研究　　在实验室环境对试件分别进行高温冷却和腐蚀处理，对不同情况的试件进行了拉伸试验，获得了试件的屈服强度、抗拉强度、延伸率等力学性能参数，再对Q345钢材试件了进行应力控制的疲劳试验，通过与常温无腐蚀试件的滞回曲线进行对比，分析高温冷却和腐蚀对其刚度变化、损伤累积及变形行为的影响，然后通过肉眼观察试件的疲劳断口，对比各试件宏观断口的疲劳源、疲劳扩展区和疲劳瞬断区的宏观特征和面积变化，再通过光学电镜和扫描电镜观察了Q345钢在不同情况下的疲劳微观特征，通过与常温无腐蚀试件的断口形貌进行对比，分析了高温冷却和腐蚀对试件疲劳断口的影响。　　（3）疲劳应力-寿命模型　　对高温冷却及腐蚀的成组部分的疲劳寿命进行了方差分析，研究疲劳寿命长短和离散型的变化，然后结合理论计算方法和所有疲劳试验寿命数据，计算出常温无腐蚀、高温冷却后以及腐蚀后Q345钢材的材料性能参数，给出相应的S-N曲线方程，建立相应的P-S-N曲线和γ-P-S-N曲线模型，基于建立的曲线模型，分析各试件随可靠度P和置信水平γ变化的规律，然后对比Q345钢材在不同情况下的疲劳寿命差异，分析高温冷却和腐蚀对Q345钢材疲劳寿命的影响规律。

目录

声明

1 绪论

1.1选题背景

1.2研究意义

1.3.1疲劳的研究进展

1.3.2高温后的疲劳寿命研究

1.3.3腐蚀后的疲劳寿命研究

1.4本文研究内容

（3）疲劳寿命模型

2 不完全数据“单点-成组法”建模

2.1改进“单点-成组法”的理论建模

2.1.1改进单点-成组法的S-N曲线方程式

2.1.2改进“单点-成组法”的实现算法

2.2不完全数据“单点-成组法”的理论建模

2.2.1不完全数据“单点-成组法”的S-N曲线方程式

2.2.2不完全数据“单点-成组法”的实现算法

2.2.3不完全数据“单点-成组法”的模型验证

2.3本章小结

3 高温及腐蚀后的Q345钢材疲劳断口形貌分析

3.1试验概况

3.1.1试件尺寸及设备

3.1.2试样制备

3.1.3试验条件及方法

3.2预处理对钢材力学性能的影响

3.2.1高温冷却后Q345钢的力学性能

3.2.2腐蚀后Q345钢的力学性能

3.3疲劳试验现象

3.3.1滞回曲线

3.3.2疲劳断口分析

3.4本章小结

4 高温及腐蚀后的Q345钢材疲劳性能分析

4.1疲劳寿命测试结果

4.2.1方差分析

4.2.2 P-S-N曲线

4.2.3γ-P-S-N曲线

4.3.1方差分析

4.3.2 P-S-N曲线

4.3.3γ-P-S-N曲线

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果