【摘 要】
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疲劳荷载作用下,钢结构损伤逐渐积累,在钢材表面或内部常出现疲劳裂纹。疲劳裂纹的出现,使构件内力重分布,降低了构件和整个结构的承载和变形能力。对于已产生疲劳裂纹的钢结构,采用合理的裂纹修复方法,可以将已裂结构的承载能力恢复到原有水平,这既节约了资源,又简化了施工工艺。冷喷涂作为一项新技术,主要用于增材制造、裂纹修复、防腐耐磨等领域。本文以冷喷涂为技术手段,钢材低周疲劳裂纹扩展性能为研究目的,进行了一
【基金项目】
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陕西省自然科学基础研究计划项目—重点项目（项目编号:2018JZ5015）
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疲劳荷载作用下,钢结构损伤逐渐积累,在钢材表面或内部常出现疲劳裂纹。疲劳裂纹的出现,使构件内力重分布,降低了构件和整个结构的承载和变形能力。对于已产生疲劳裂纹的钢结构,采用合理的裂纹修复方法,可以将已裂结构的承载能力恢复到原有水平,这既节约了资源,又简化了施工工艺。冷喷涂作为一项新技术,主要用于增材制造、裂纹修复、防腐耐磨等领域。本文以冷喷涂为技术手段,钢材低周疲劳裂纹扩展性能为研究目的,进行了一系列有关冷喷涂和钢材低周疲劳裂纹扩展性能测试的试验研究,为将冷喷涂用于钢材疲劳裂纹修复奠定基础,具体研究内容和成果如下:（1）在Q235B和Q355B钢材表面进行了冷喷涂试验研究,经过对316L不锈钢等6种不同种类金属粉末进行冷喷涂粉末和喷涂参数优选,最终优选出A5052镁铝合金粉末和Al粉末及其喷涂参数,涂层SEM分析结果表明:涂层材质均匀,颗粒之间紧密结合;（2）进行了在Q235B和Q355B钢材表面冷喷涂A5052镁铝合金粉末和Al粉末的结合强度试验研究,结果表明:两种基材表面喷涂Al粉末比A5052镁铝合金粉末的结合强度高20%左右,喷砂后冷喷涂的试件结合强度较低,不如未喷砂试件;（3）进行了8组试件的低周疲劳裂纹扩展试验,得到了8组试件的a-N曲线,结果表明:钢材强度越高,裂纹萌生和扩展所需要的载荷循环次数越多,在钢材表面进行喷砂处理,能够有效抑制低周疲劳裂纹的萌生和扩展,在钢材表面冷喷涂A5052镁铝合金粉末和Al粉末,对钢材低周疲劳裂纹的扩展速率延缓作用显著;钢材表面喷砂之后再进行冷喷涂,与喷砂相差不大;（4）得到了8组试件的lg（da/d N）-lg（ΔK）散点图,数据点趋于直线,与Paris公式相吻合,利用线性拟合的方法对每组试件的数据进行拟合,提出了相应的Paris公式;（5）得到了8组试件的ΔCMOD-a和lg（da/d N）-lg（ΔCMOD）散点图,ΔCMOD-a数据点趋于指数方程,lg（da/d N）-lg（ΔCMOD）数据点趋于直线方程,利用非线性和线性拟合的方法对每组试件的数据进行拟合,得到了试件的ΔCMOD与a和da/d N的关系模型;（6）提出了基于XFEM的用于分析钢材低周疲劳裂纹扩展的有限元模型,有限元模型中考虑了喷砂和冷喷涂,并对比了数值分析结果与试验结果,对数值分析模型的合理性进行了验证。
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