锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测
来源：中国血液净化杂志2017年第4期北京时间：
作者：郑祥隆, 谢旭, 李晓章, 胡建民, 孙文智
单位：1. 浙江大学土木工程学系, 浙江杭州 310058;2. 昆明理工大学土木工程系, 云南昆明 650504;3. 武义县公路管理段, 浙江金华 321200;4. 金华市公路管理局, 浙江金华 321017
摘要：为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理，并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据，以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本，对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验；利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程，对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸；考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性，并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较；采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命（<em>S-N</em>）曲线进行了拟合，对比了不同锈蚀程度钢丝<em>S-N</em>曲线的差异；针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征，运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明：随着腐蚀程度的增加，钢丝的疲劳性能下降；表面蚀坑分布较密时，容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律；萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值Δ<em>K</em><sub>th</sub>控制；锈蚀钢丝<em>S-N</em>曲线在低应力范围下出现拐点，符合三参数公式的拟合规律；锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大，基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命<em>S-N</em>曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。
关键词：桥梁工程,高强度钢丝,断裂力学,断口分析,断裂韧性,疲劳寿命,腐蚀
基金资助：国家自然科学基金项目（51378460）
