H形钢梁疲劳裂纹扩展过程数值模拟

Abstract

采用基于断裂力学的有限元法对焊接H形钢梁的疲劳裂纹扩展过程进行了数值模拟。给出了模型的基本假定：初始裂纹为半径1.016 mm的圆形、裂纹中心位于受拉翼缘与腹板之间焊缝焊根处、裂纹前缘由3~4段1/4椭圆弧线控制、在裂纹前缘端点处与内部点处分别采用不同的Paris公式系数、以疲劳裂纹深度穿透受拉翼缘壁厚或SIF超过断裂韧性为循环终止条件。采用二次多项式外推插值的方式对H形钢梁裂纹前缘端点处以及紧邻端点的个别结点处直接输出的应力强度因子（SIF）计算值进行了修正。通过试验验证，疲劳裂纹扩展数值模型可对H形钢梁的疲劳裂纹扩展过程和疲劳寿命进行准确预测。焊接H形钢梁疲劳裂纹扩展寿命的绝大部分消耗在从初始裂纹尺寸到穿透一侧角焊缝边缘这一裂纹尺寸较小的阶段。研究成果可为H形钢梁的疲劳寿命预测和疲劳性能评估提供参考。

Keywords

• H形钢梁;疲劳裂纹扩展;疲劳寿命;数值模拟;应力强度因子