中性盐雾腐蚀后Q345B钢材疲劳性能研究

论文摘要

在实际工程中,一些钢结构建筑长期处于近海环境中,在风载、波浪等交变荷载作用下发生腐蚀疲劳,严重地降低钢结构构件和建筑物的安全性、耐久性、可靠性。Q345B钢材在钢结构中受到广泛应用,但腐蚀疲劳特性研究数据较少。本文基于Q345B钢材主要研究成果如下:（1）以青岛海洋环境干湿比为基础,设计盐雾试验腐蚀条件,对腐蚀试件进行称重计算腐蚀率,拟合出盐雾加速腐蚀动力学模型。盐雾试验加速腐蚀是正常大气暴露试验腐蚀速度的25.6倍,达到较好的加速效果。（2）通过室内常温拉伸试验,腐蚀后的Q345B钢材极限强度和屈服强度明显下降,钢材本构关系曲线中屈服平台逐渐缩短。基于石永久二次塑流模型,引入参数β对腐蚀后钢材本构关系模型进行修正,修正结果与试验数据吻合度良好。（3）通过疲劳试验,获得Q345B钢材在不同腐蚀率下的疲劳寿命曲线（SN曲线）来表征钢材疲劳特性,研究了腐蚀率和应力比对钢材疲劳寿命的影响。随着腐蚀率增加,钢材疲劳寿命急剧下降;当应力比增大时,钢材疲劳寿命也随之增加。根据不同应力幅值对应的疲劳寿命和腐蚀率绘出曲线图,将不同腐蚀率区间划为三个阶段。（4）基于灰色系统理论处理小样本数据,建立GM（1,1）模型,可通过有限试验数据对钢材S-N曲线准确预测。基于两种不同数据处理方式进行生成灰色序列分别建立GM（1,1）模型,原始数据直接建立模型预测结果平均误差为11.28%,取对数后建立模型预测结果平均误差为6.7775%。（5）通过疲劳裂纹扩展试验,基于Paris公式,用两种数据处理方式拟合出Q345B钢材Paris公式参数C、m值,结果表明随着腐蚀周期增加,疲劳裂纹扩展速率加快;随着板厚增加,疲劳裂纹扩展速率加快。本文基于盐雾试验对试件进行腐蚀,通过拉伸试验、疲劳试验、疲劳裂纹扩展试验比较完整的研究了Q345B钢材疲劳特性,为实际工程中钢结构设计标准提供数据基础。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
• 2 Q345B钢腐中性盐雾蚀后力学性能试验
•   2.1 盐雾试验电化学腐蚀机理
•   2.2 腐蚀环境设定
•   2.3 腐蚀率计算
•   2.4 材料拉伸试验
•   2.5 腐蚀时间对力学性能的影响
•   2.6 腐蚀时间对本构关系的影响
•   2.7 本章小结
• 3 Q345B钢中性盐雾腐蚀后疲劳试验
•   3.1 疲劳试验材料尺寸设计
•   3.2 试验装置和试验方法
•   3.3 疲劳寿命试验结果与断口分析
•   3.4 S-N曲线测定
•   3.5 疲劳寿命影响因素分析
•   3.6 Q345B钢疲劳特性与规范比较
•   3.7 本章小结
• 4 基于灰色系统理论建立Q345B钢腐蚀后疲劳寿命预测模型
•   4.1 灰色系统理论
•   4.2 灰数和灰色序列生成
•   4.3 GM（1,1）模型（均值差分模型）
•   4.4 疲劳寿命预测
•   4.5 残差GM（1,1）模型
•   4.6 本章小结
• 5 Q345B钢中性盐雾腐蚀后疲劳裂纹扩展试验
•   5.1 疲劳裂纹扩展基本原理
•   5.2 疲劳裂纹扩展试验材料尺寸
•   5.3 试验装置和试验方法
•   5.4 疲劳裂纹扩展数据
•   5.5 基于虚拟裂纹闭合法数据处理分析
•   5.6 腐蚀时间对疲劳裂纹扩展的影响
•   5.7 板厚对裂纹扩展速率的影响
•   5.8 Q345B钢材疲劳裂纹扩展特性对比分析
•   5.9 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
•   一、基本情况
•   二、学术论文
•   三、获奖情况
•   四、研究项目
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯大帅

导师: 丁北斗

关键词: 盐雾试验,本构关系,曲线,灰色系统,疲劳裂纹扩展

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 中国矿业大学

分类号: P754.5

总页数: 107

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