锈蚀钢板用碳纤维增强复合材料（CFRP）板加固的疲劳裂纹扩展预测

摘要整理

本研究旨在探究CFRP板加固锈蚀钢板的疲劳性能改善机制，建立其疲劳寿命估算模型。提出了锈蚀钢板CFRP加固的两阶段疲劳裂纹扩展预测模型，建立了临界锈蚀坑识别、初始裂纹等效方法及裂纹尖端应力强度因子（SIF）计算方法。通过对比锈蚀钢板CFRP加固试件的预测与实测疲劳寿命验证了模型准确性。采用该两阶段裂纹扩展模型进行参数分析，研究了失重率、等效初始裂纹尺寸、粘接层厚度、CFRP刚度和预应力水平对锈蚀钢板CFRP加固疲劳裂纹扩展的影响规律。研究结果表明：锈蚀坑的最大深度和平均宽度应作为等效半椭圆表面初始裂纹尺寸用于疲劳裂纹扩展预测。增加钢板失重率、初始裂纹尺寸或粘接层厚度会加速裂纹扩展、降低疲劳寿命；增加CFRP板刚度或预应力水平能显著降低裂纹扩展速率、延长疲劳寿命。初始裂纹尺寸越小，疲劳寿命对等效初始裂纹尺寸变化的敏感性越高。粘接层厚度对疲劳寿命的影响有限且收敛；预应力施加能显著提高CFRP材料利用率和锈蚀钢板的疲劳加固效果。

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