應(yīng)力控制疲勞載荷作用下循環(huán)硬化的應(yīng)變響應(yīng)(精選文檔)

1、應(yīng)力控制疲勞載荷作用下循環(huán)硬化的應(yīng)變響應(yīng)（精選文檔）（文檔可以直接使用，也可根據(jù)實(shí)際需要修改使用 ，可編輯 歡迎下載）第 22 卷 第 11 期巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 22(11: 180718102003年 11 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov ，. 20032003年 3月 3日收到初稿， 2003年6月 1 9日收到修改稿。* 地震科學(xué)聯(lián)合基金、教育部高等院校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金 (10003聯(lián)合資 助項(xiàng)目。作者 席道瑛 簡介:女， 1 940年生，現(xiàn)任教授、博士生導(dǎo)師，主要從事巖石物 理及本構(gòu)模型方面的教學(xué)和

2、科研工作。 Email : 。應(yīng)力控制疲勞載荷作用下循環(huán)硬化的應(yīng)變響應(yīng)*席道瑛 劉小燕 張程遠(yuǎn)(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球及空間科學(xué)系 第三世界科學(xué)院地球科學(xué)及天文學(xué)高級 研究中心 合肥 230026摘要南京砂巖、合肥砂巖在頻率為0.525 Hz的循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)中取得了滯回曲線，其非穩(wěn)定部分主要由加工硬化階段產(chǎn)生的微損傷引起，且滯回曲線隨頻率的增高朝穩(wěn)定滯回圈發(fā)展，隨循 環(huán)數(shù)增加，滯回圈由稀變密，滯回圈面積減小。從 3方面闡明了循環(huán)加載的應(yīng)變硬 化和軟化響應(yīng):在恒應(yīng)力控制下軸向應(yīng)變幅值減小，應(yīng)變振幅隨應(yīng)力振幅的增大逐 漸增大，隨應(yīng)變振幅的增大其模量減小。 關(guān)鍵詞 巖石力學(xué)，非線性滯回圈，微細(xì) 觀損傷，

3、應(yīng)變硬化分類號 O 347.1，TD 315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-6915(200311-1807-04STRAIN RESPONSE OF CYCLIC HARDENING UNDER FATIGUELOADING ON SATURATED ROCKXi Daoying ，Liu Xiaoyan ，Zhang Chengyuan(Department of Earth and Space Scienc，e University of Science and Technology of China； Advanced Center for Earth Science andAs

4、tronomy ，USTC ，Third World Academy of Science， Hefei 230026 ChinaAbstract Through the cyclic loadi ng (0.5 25 Hz experime nt on Nanji ng and Hefei sandstone，it is found that the unstable behavior of hysteresis is mainly caused by microdamages growing in processing-hardening period. It is observed th

5、at hysteresis loops become small and stable as frequency or cyclic number increasing. The effects of strain hardening and softening are suggested on the basis of strain-amplitude decreasing under constant stress，strain-amplitude increasing with stress-amplitude increasing，and modulus decreasing with

6、 strain-amplitude increasing.Key words rock mechanics，nonlinear hysteresis loop，microscopic damage， strain hardening丄 、八、-1 前 言巖石是一種或多種礦物的集合體，有很強(qiáng)的非線性彈性行為，而且呈現(xiàn)滯回特 性，文 1將這種由不同成份組成的非均勻材料的模型的宏觀彈性性質(zhì)與許多細(xì)觀 的滯回彈性單元聯(lián)系起來，再利用這種細(xì)觀的模型單元，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法導(dǎo)出材 料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)以及準(zhǔn)靜態(tài)下的力學(xué)行為，并將它的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)特性與波的傳播聯(lián)系 起來。由波動(dòng)方程可以推出波傳播過程分為兩個(gè)部分：一是非

7、滯回線性部分，另一 為滯回非線性部分，二者相位差 90°?？梢哉J(rèn)為滯回是非線性衰減的原因。文2對Palisade輝綠巖和Westerly花崗巖進(jìn)行循環(huán)差應(yīng)力實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)差應(yīng)力超過或近似等于85%的破壞強(qiáng)度時(shí)，其體積膨脹，這是非線性行為的表現(xiàn)；在某些方面它們又顯示更典型的準(zhǔn)彈性行為。準(zhǔn)彈性行為由記憶性特征表示。在膨脹巖石中，當(dāng)回到先前的差應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，這種記憶性由閉合的材料性質(zhì)滯回圈所證明。在體積膨脹時(shí)，花崗巖和輝綠巖表現(xiàn)出不連續(xù)記憶。文3，4在單軸應(yīng)力循環(huán)時(shí)，對飽和沉積巖的頻率和應(yīng)變振幅效應(yīng)在4種液體飽和的Berea砂巖中觀測到應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線的較大的滯回圈，還探討了在沉積 的顆粒狀巖

8、石中衰減的機(jī)制，即衰減的? 1808 ?巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2003年粘滑滑動(dòng)和顆粒接觸粘著滯后?？紫犊臻g中飽和液體的類型和顆粒接觸對應(yīng)力-應(yīng)變曲線滯后有一個(gè)大的影響。文57研究了在巖石中循環(huán)加載的效應(yīng)以及巖石在循環(huán)疲勞下的力學(xué)特征，研究了峰值壓力與破壞時(shí)間或破壞時(shí)的循環(huán)數(shù)。文8研究了膨脹各向異性和在大的循環(huán)加載時(shí)巖石的響應(yīng)。他們得出在最初幾個(gè)周期和 最后幾個(gè)周期損傷破壞迅速增加，而在大多數(shù)循環(huán)周期中，損傷破壞很小。文9研究了巖石的滯回?cái)?shù)學(xué)模型。文10從數(shù)學(xué)和控制論的觀點(diǎn)研究了滯回模型。40b 3011空20文11在0.0054 Hz頻率范圍內(nèi)，對干燥、飽水、飽泵油和泵油加瀝青 4種 類型的砂巖

9、、大理巖進(jìn)行了垂直層理和平行層理 2個(gè)方向的正弦波加載試驗(yàn)，研究 了飽和砂巖的各向異性和非線性粘彈性行為。本文將著重探討在0.0515 Hz頻率范圍內(nèi)循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)采用南京砂巖和合肥砂巖鉆取直徑為19.7 mm，長度為50 mm的圓柱形標(biāo)本，端面平行度v 0.02 mm,采用浮重法測得南京砂巖和合肥砂巖的密度分別為 2.62和2.65 g/cm3,孔隙度分別為5.33%和6.44%，標(biāo)本的處理方法參考文11。將處理好的標(biāo)本放在 MTS 的下壓板中心，調(diào)整下壓板使之與標(biāo)本上端面接 觸，對各種飽和巖石作全程 £ n曲線，以確定其屈服點(diǎn)，再對其余標(biāo)本進(jìn)行疲

10、勞實(shí) 驗(yàn)。對南京砂巖和合肥砂巖分別進(jìn)行靜載 25.47 MPa和動(dòng)載22.28 MPa正弦波循環(huán) 加載試驗(yàn)，其正弦波的頻率選為 5，10，15 Hz,對3種頻率測定恒應(yīng)力控制情況 下的循環(huán)硬化。另外，還對同一塊標(biāo)本進(jìn)行逐漸增大正弦波振幅的實(shí)驗(yàn)，以便從另 一角度證實(shí)應(yīng)變硬化效應(yīng)。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1(a為泵油+瀝青飽和南京砂巖的單軸正弦波循環(huán)加載試驗(yàn)結(jié)果，其中靜載 為22.28 MPa,動(dòng)載為19.09 MPa,正弦波頻率為5 Hz，最大載荷超過了屈服點(diǎn)。 巖石標(biāo)本本身開始產(chǎn)生新的微損傷甚至發(fā)展成裂紋導(dǎo)致永久變形。從微觀理論上 看，巖石在應(yīng)力控制的疲勞載荷作用下，看來首先要經(jīng)歷一個(gè)初始的 “適應(yīng)”階

11、段 后，應(yīng)變幅值才達(dá)到一穩(wěn)定飽和值，在這種飽和狀態(tài)下出現(xiàn)穩(wěn)定的滯回曲線。在疲 勞“適應(yīng)”過程中，巖石可能發(fā)生硬化和軟化，(a -&滯回曲線(b 滯回圈面積隨循環(huán)數(shù)的變化圖 1 泵油+瀝青飽和南京砂巖單軸循環(huán)加載 (頻率 5 Hz Fig.1 Pump-oil and asphalt saturated Nanjing sandstone underuniaxial circulating loading (f = 5 Hz微觀結(jié)構(gòu)不斷變化。從微觀形變和微裂紋形核機(jī)制角度來分析，首先原子尺度 的自由表面總是凹凸不平的，這些表面的凹凸變化，可以使應(yīng)力局部上升，它在以 原子鍵斷裂為主的脆性巖

12、石中起作用；脆性巖石中普遍存在孔洞、夾雜等缺陷，同 時(shí)還存在有一定量的 Griffith 裂紋的微觀缺陷。這些微裂紋沿晶界或其他界面分 布，由于礦物晶?；蛭锵嚅g熱脹縮不匹配，晶界或相界上會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，局部殘 余應(yīng)力釋放會(huì)引起顯微開裂，所以，在缺陷的頂端存在永久變形的損傷區(qū)，從而引 入了殘余拉伸應(yīng)力。當(dāng)存在外應(yīng)力時(shí)，殘余應(yīng)力還可能進(jìn)一步促進(jìn)顯微裂紋沿晶界 形核。在壓縮條件下，沿裂紋的摩擦滑動(dòng)可以產(chǎn)生一定程度的表象塑性，使材料變 形呈現(xiàn)如圖 1(a 小應(yīng)變段分布較稀的滯回圈。巖石在周期載荷作用過程中發(fā)生的微 觀變形運(yùn)動(dòng)不可逆性 (指微裂紋張開閉合之間的差別以及銀紋化 與金屬在疲勞過程 中由于滑移

13、不可逆性而產(chǎn)生 &湍后在性質(zhì)上是相似的。銀紋兩側(cè)材料仍然保持了 它的連續(xù)性，這種銀紋化一般都具有脆性破壞的性質(zhì)，估計(jì)巖石中的體積膨脹與銀 紋化也有密切的關(guān)系。從這種意義上來說，形成銀紋化是一種非彈性形變過程，與 金屬中的剪切或膨脹相變所導(dǎo)致的非彈性形變過程完全相同。銀紋形核、長大和失 穩(wěn)破壞也是循環(huán)第22卷第11期 席道瑛等. 應(yīng)力控制疲勞載荷作用下循環(huán)硬化的應(yīng)變響應(yīng) ? 1809 ?形變和疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展的控制因素。所以形成銀紋是許多聚合物開裂的前 兆。聚合物裂紋前沿的銀紋區(qū)有些類似金屬材料中裂紋前沿的塑性區(qū)。在循環(huán)壓縮條件下巖石中雖然留下了類似塑性變形的銀紋區(qū)，但在損傷區(qū)內(nèi)引 起

14、的銀紋、微裂紋的萌生和擴(kuò)展都以穩(wěn)定形式生長，因?yàn)闅堄嗬靺^(qū)包含在殘余壓 縮應(yīng)力場內(nèi)，而循環(huán)壓縮下的裂紋萌生和擴(kuò)展即使在脆性巖石中本質(zhì)上也還是穩(wěn)定 的。這就是出現(xiàn)圖1(a(深黑色 穩(wěn)定滯回圈的原因。另外，從圖1(b滯回圈面積隨循 環(huán)數(shù)的變化也可以證實(shí)：循環(huán)過程中，相同應(yīng)力下的滯回圈的面積隨循環(huán)數(shù)增加在 減小，滯回圈面積隨循環(huán)數(shù)增大趨于一穩(wěn)定值。這時(shí)可以在巖樣的自由表面上觀察 到一些細(xì)小的滑移痕跡。在快速硬化結(jié)束之后和進(jìn)入飽和之前會(huì)稍許軟化。顯然， 這是超過屈服點(diǎn)進(jìn)入塑性階段的微損傷的宏觀表現(xiàn)。這也表示超過屈服點(diǎn)以后， &戒線的強(qiáng)化階段。在強(qiáng)化后可能還會(huì)出現(xiàn)稍許的軟化，如圖2, 18個(gè)周期

15、以后的幾個(gè)周期，應(yīng)變振幅隨時(shí)間有少許的增大。估計(jì)超過巖石的破壞強(qiáng)度后，繼續(xù)進(jìn) 行循環(huán)加載擬將取得&戒線峰值點(diǎn)后破壞狀態(tài)。下面從兩個(gè)方面進(jìn)一步證實(shí)疲勞加載的應(yīng)變硬化響應(yīng)。圖2為與圖1對應(yīng)的應(yīng)變振幅隨時(shí)間的變化曲線。它是應(yīng)力控制疲勞載荷作用下循環(huán)硬化的應(yīng)變響應(yīng)的又 一個(gè)證據(jù)。我們知道在恒應(yīng)力控制情況下，巖樣的循環(huán)硬化或軟化分別表現(xiàn)為軸向 應(yīng)變幅值的減小或增大。由圖可見，從第一個(gè)應(yīng)變振幅開始隨著時(shí)間的推移，應(yīng)變 振幅在逐漸減小，從宏觀上反映了循環(huán)硬化效應(yīng)。旬應(yīng) /10'4硬化的應(yīng)變響應(yīng) (頻率為 15 HzFig.2 Strain response for cyclic harden

16、ing of Hefei sandstoneunder fatigue loading(f = 15 Hz圖 3 為泵油飽和合肥砂巖超過屈服點(diǎn)以后，逐漸增大正弦波的應(yīng)力振幅實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這是循環(huán)硬化的另一種表現(xiàn)方式。在恒應(yīng) 力振幅試驗(yàn)中，標(biāo)本在固定的塑性范圍內(nèi)循環(huán)，最終可以獲得穩(wěn)定的滯回曲線。可 采用多級加載方法。標(biāo)本在某個(gè)恒定的塑性應(yīng)變幅值下循環(huán)，直到產(chǎn)生飽和滯后曲 線；然后增大塑性應(yīng)力幅繼續(xù)循環(huán)，直到獲得另一條穩(wěn)定滯后曲線，圖 3 就是這一 試驗(yàn)的結(jié)果。超過屈服點(diǎn)第1級循環(huán)應(yīng)力振幅為111.41 MPa,第2循環(huán)應(yīng)力振幅 增大到117.77 MPa,第3級循環(huán)應(yīng)力振幅增到124.14 MPa。

17、這3級載荷取得的應(yīng) 變振幅見圖4?？梢姂?yīng)變振幅隨應(yīng)力振幅的增大也逐漸增大，尤其10 Hz時(shí)的曲線形態(tài)類似于應(yīng)力 -應(yīng)變曲線屈服點(diǎn)到峰值應(yīng)力之間的應(yīng)變硬化階段。根據(jù)圖4中 3級載荷的應(yīng)力應(yīng)變值從低應(yīng)力值 111.41 MPa到高應(yīng)力值124.14 MPa,求得它們的 楊氏模量值在 5 和10 Hz(a 應(yīng)力振幅為 111.41 MPa(b 應(yīng)力振幅為 117.77 MPa(c 應(yīng)力振幅為 124.14 MPa圖 3 泵油飽和合肥砂巖逐級加載的應(yīng)變隨時(shí)間變化 (頻率為 10 HzFig.3 Changing of Hefei sandstone' s strain under increa

18、singloading (pump-oil saturated, f = 10 Hz? 1810 ?巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2003年125120 -115 -圖4三級載荷應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.4 Stress-strain curves un der three levels of loadi ng時(shí)分別為 44.34, 42.53, 41.60 GPa和 42.37, 42.30, 40.84 GPa 無論是 5 或10 Hz時(shí)，都清楚地看到，隨應(yīng)變幅值增大，模量在減小。這就充分說明，在超過 屈服點(diǎn)的硬化階段，巖石樣品已有新產(chǎn)生的微損傷，導(dǎo)致隨應(yīng)力和應(yīng)變的增長而模 量逐漸下降的結(jié)果。這也是應(yīng)變硬

19、化后還可能產(chǎn)生稍許軟化現(xiàn)象的佐證。此外，從 圖4還可以看出，5 Hz的應(yīng)力-應(yīng)變曲線明顯高于10 Hz時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，在相 同載荷下5 Hz時(shí)的模量值也大于10 Hz時(shí)對應(yīng)的模量值，這說明動(dòng)載荷具有明顯 的頻率效應(yīng)。隨頻率的增高，巖石標(biāo)本的強(qiáng)度降低，模量也隨之降低。(1 峰值應(yīng)力前巖石的微細(xì)觀損傷和低應(yīng)力段的裂紋、孔隙閉合引起的應(yīng)力-應(yīng)變滯回曲線散開導(dǎo)致的非穩(wěn)定部分，除了 曲線彈性階段的均勻變形對循環(huán)響應(yīng) 的影響以外，引起非均勻變形的微細(xì)觀破壞模式也強(qiáng)烈地影響循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變行為， 加劇了滯回曲線非穩(wěn)定部分的發(fā)展。得出滯回曲線非穩(wěn)定部分是由于巖樣從地下取 出時(shí)因卸載誘發(fā)的裂紋，在加載最初幾個(gè)循

20、環(huán)中這部分裂紋閉合，引起非線性變 形，而且留下小部分殘余形變。循環(huán)應(yīng)力幅值超過屈服應(yīng)力以后，由于產(chǎn)生了新的 微損傷再一次導(dǎo)致非線性變形，增大了塑性應(yīng)變，加劇了滯回圈朝非穩(wěn)定部分的更 大發(fā)展，推遲了滯回曲線穩(wěn)定部分的出現(xiàn)。滯回曲線的這種由稀到密的宏觀表現(xiàn)反 映了巖石標(biāo)本由銀紋化到沿晶界形核微裂紋萌生、擴(kuò)展的演化過程。這個(gè)過程是穩(wěn) 定的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致滯回曲線也達(dá)到穩(wěn)定?？梢?，對于巖石來說，礦物顆粒之間的 滑移是引起塑性變形的主要機(jī)制。(2 對巖石來說，峰值應(yīng)力前的硬化階段，由于新的微損傷增加而導(dǎo)致體積的 非線性膨脹，非線性的永久變形的主要部分也是在此產(chǎn)生的。因此從兩個(gè)方面證實(shí)了加工硬化的存在：其一

21、是從恒應(yīng)力控制加載情況下，軸向應(yīng)變 幅值的減小，證實(shí)了循環(huán)硬化的存在；其二是在超過屈服點(diǎn)后，用逐漸遞增載荷的 方法取得了應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增大，這是典型的應(yīng)變硬化效應(yīng)并與全程曲線向下凹的加工硬化段相一致。同時(shí)從滯回曲線和應(yīng)變時(shí)間曲線以及隨應(yīng)變振幅增大 而模量下降等的分析，得出應(yīng)變硬化階段還存在稍許軟化現(xiàn)象的結(jié)論。(3 隨頻率的增高，標(biāo)本強(qiáng)度和模量降低，說明隨動(dòng)載荷的循環(huán)頻度增高，材 料損傷加劇，導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低，模量減小，抗震安全度下降。本文是以宏觀的應(yīng)力 -應(yīng)變滯回曲線來探討巖石微、細(xì)觀損傷的一個(gè)初步嘗 試。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋是嘗試性的，因?yàn)轱柡蛶r石的整體疲勞響應(yīng)應(yīng)包括循環(huán)加載 條件、變形方式

22、、飽和液體等等許多因素的綜合影響，因條件有限，考慮的影響因 素還不多，所取得的結(jié)果只能是初步的。參考文獻(xiàn)1 McCall K R ， Guyer R A. Equation of state and wave propagation in hysteretic nonlinear elastic materialJ. Journal of Geophysical Researc，h 1994，99(B12: 23 88723 897 2Holcomb D J. Memory relaxation and microfracturing in polatant rockJ. Journal of

23、 Geophysical Research， 1 98 1 ， 86( B 7 : 6 235 6 248 3Tutuncu A N，Podio A L ，Sharma M M. Nonlinear viscoelastic behavior ofselimentary rocks, part I : effect of frequency and strain amplitudeJ. Geophysics1998，63(1 ：184 190 4Tutuncu A N, Podio A L, Sharma M M. Nonlinear viscoelastic behavior ofselim

24、e ntary rocks, part n : hysteresis effect and in flue nee of type of fluid on elastic moduliJ. Geophysics, 1998, 63(1 ：195 203 5Haimson B C. Large scale rock fracturing laboratory testingJ. Geophys. Research Letters, 1981, 10(5：715718 6Haimson B C, Kim C M. Mechanical behavior of rock under cyclic f

25、atigueJ.Rock Mech., 1972, 30(6：845863 7Haimson B C. Unified fracture, stress and permeability studiesJ. EngineeringGeology, 1983, 27(3：427 431 8Scholz C H, Koczynski T A. Dilatancy anisotropy and the response of rock to large cyclic loadsJ. J. Geophy. Res,. 1979, 84(B10：5 525 5 534 9Macki J W, Nistr

26、i P, Zecca P. Mathematical models of hysteresisJ. SIAMRev., 1993, 35(1：94123 10Mayergogz J D. Hysteresis models from the mathematical and control theory pointsof viewJ. J. Appl. Phys., 1985, 57(8: 3 8033 805 11 席道瑛，劉 斌，田象燕.飽和砂巖的各項(xiàng)異性及非線性粘彈性響應(yīng)J.地球物理學(xué)報(bào)，2002, 45(1: 104118循環(huán)經(jīng)濟(jì)背景下我國再生資源開發(fā)與利用研究 摘要：近年來，隨著我國

27、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，各種資源 的消耗量逐年增大，資源供給不足已成為阻礙我國可持續(xù)發(fā)展的重要因素，再生 資源的開發(fā)和利用迫在眉睫。本文通過對我國再生資源歷史的回顧及現(xiàn)狀的分 析，提出了相關(guān)的對策和建議，并列舉出國外發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)和做法，以期加快 我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐。關(guān)鍵詞：循環(huán)經(jīng)濟(jì)；再生資源；對策The developme nt and utilizati on of Rege nerated Resources un der the backgro und of Circulati on EconomyAbstract: In recent years,with the r

28、apid development of our economy and the increasing of people's liv ing sta ndard,various resources con sumpti on has bee n in creas ing year by year. Resource supply has become the importa nt factor of hin deri ng susta in able developme nt of our coun try. The developme nt and utilizati on of r

29、en ewable resources is imminent. Based on reviewing the history and analysising of the current situation of our country ' s renewable resources,this paper puts forwards retjevumtermeasures and suggestions,and cites foreign to the experiences and practice of developed countries , in order to spee

30、d up the pace of econo mic developme nt in our coun try.Key words： Circulation Economy; Regenerated Resources; Countermeasures0前言目前，隨著經(jīng)濟(jì)快速增長和人口不斷增加，水、土地、能源、等資源不足的矛盾 越來越突出，面對生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)形勢的日益嚴(yán)峻，發(fā)展再生資源對發(fā)展循 環(huán)經(jīng)濟(jì)、建立循環(huán)型社會(huì)有重要的意義，沒有再生資源的發(fā)展，就不可能建立真正 意義上的循環(huán)經(jīng)濟(jì)和循環(huán)型社會(huì)，因此必須重視再生資源的開發(fā)和利用，將其提升 到國家戰(zhàn)略高度，作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。加快再生資源回收

31、行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)循環(huán) 經(jīng)濟(jì)的建立，不僅可以解決資源短缺問題，還可減輕因資源過度開發(fā)和使用對環(huán) 境造成的污染和破壞，是實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)的重要途徑。1構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)關(guān)系對再生資源產(chǎn)業(yè)的影響循環(huán)經(jīng)濟(jì)是指遵循自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)規(guī)律，重構(gòu)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，使其 和諧地納入自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)利用的總過程。它是在物質(zhì)能量不斷 循環(huán)利用的基礎(chǔ)上發(fā)展經(jīng)濟(jì)，把經(jīng)濟(jì)活動(dòng)組織成一個(gè)資源一生產(chǎn)一消費(fèi)一再生資源”的閉合型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的低消耗、高利用、低廢棄”以盡可能小的資源消耗和環(huán)境成本，獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而使經(jīng) 濟(jì)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程相互和諧，

32、促進(jìn)資源永續(xù)利用。循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念是在全球人口劇增、資源短缺、環(huán)境污染的嚴(yán)峻形勢下提出的，為解決人類社會(huì)發(fā)展中出現(xiàn)的人與自然的尖銳矛盾找到了一條可行的途徑。而發(fā)展再生資源作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)重要的組成部分，擔(dān)負(fù)著將各種有價(jià)廢棄資源輸送回社會(huì)生 產(chǎn)活動(dòng)的 靜脈輸血”職能，其重要作用無可替代。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要任務(wù)之一 就是彌補(bǔ)廢物不能成為再生資源進(jìn)入再生產(chǎn)過程的缺陷，構(gòu)建廢物再生利用系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大背景下，再生資源行業(yè)得到了前所未 有的發(fā)展空間和機(jī)遇。2再生資源定義及分類再生資源是指，在社會(huì)生產(chǎn)和生活消費(fèi)過程中產(chǎn)生的，已經(jīng)失去原有全部或部分 使用價(jià)值，經(jīng)過回收、加工處理，能夠使其重

33、新獲得使用價(jià)值的各種廢棄物。再 生資源涵蓋了商品資源在生產(chǎn)和生活中流通的全過程，從開采和生產(chǎn)過程的尾 礦、伴生礦、工業(yè)廢渣等，到流通過程中的包裝、運(yùn)輸，再到終端消費(fèi)環(huán)節(jié)產(chǎn)生 的各種廢棄物。它主要包括三大類：金屬類再生資源、非金屬類再生資源及廢棄 電子電器機(jī)械設(shè)備。圖為再生資源種類及主要代表性資源：種類義性廣源金鮮再生戦源般舊鋼鐵，冇色40槪歸橡腔.紙孤 型料. 咖 l啾業(yè)je渣導(dǎo)廢舊電予電氣機(jī)械設(shè)備電子廢昇物、廢舊汽車、船虬電機(jī)，nt化制等3發(fā)展再生資源的必要性我國發(fā)展再生資源產(chǎn)業(yè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。從資源擁有量上看，我國是總 量上的大國，但人均上是貧國。主要 45種資源的人均占有量不足世

34、界平均水平 的一半，某些資源對國際市場的依存度越來越高。目前原油的35%、鐵礦石和氧化鋁的約40%、銅和天然橡膠的60%以上依靠進(jìn)口，增大了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的風(fēng) 險(xiǎn)。并且，每年約有500萬噸的廢鋼鐵、20多萬噸廢有色金屬、1400萬噸的廢紙 及大量的廢塑料、廢玻璃、廢舊電子產(chǎn)品等廢棄物沒有得到回收加工，資源浪費(fèi) 嚴(yán)重。發(fā)展再生資源的回收利用，可以有效緩解我國資源短缺、保障國家的經(jīng)濟(jì) 安全。同時(shí)，發(fā)展再生資源產(chǎn)業(yè)，有利于減輕環(huán)境污染，減輕環(huán)境承載壓力。目 前，我國再生資源利用率普遍偏低。如在發(fā)達(dá)國家 ，廢鋼鐵、廢銅和廢橡膠的回收 利用率已達(dá)90%而我國僅分別為45%、30%和40%; 日本再生資源產(chǎn)

35、業(yè)的產(chǎn)值已 達(dá)48萬億日元（約合3萬億元人民幣）,而我國2002年僅約100億元,所以振興再生 資源產(chǎn)業(yè)，是加快我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必經(jīng)途徑。4我國再生資源發(fā)展現(xiàn)狀分析4.1我國再生資源發(fā)展歷史回顧我國再生資源產(chǎn)業(yè)的前身一一廢舊物資回收利用行業(yè)，成立于 20世紀(jì)50年代。 在當(dāng)時(shí)的社會(huì)背景下，為解決資源的極度缺乏，國家在全國建立了約16萬個(gè)廢舊物資回收站點(diǎn)，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。廢舊物資回收發(fā)展十分迅速，到70年代末我國已經(jīng)逐步形成了以商業(yè)供銷部門負(fù)責(zé)回收城鎮(zhèn)居民廢舊物品、以物資部 門負(fù)責(zé)回收生產(chǎn)企業(yè)廢舊物資、以各專業(yè)部門負(fù)責(zé)回收本系統(tǒng)內(nèi)報(bào)廢設(shè)備和材料 的回收網(wǎng)絡(luò)。在此階段，我國形成

36、了當(dāng)時(shí)世界上最完善的廢舊物資回收系統(tǒng)。而 在80年代，我國卻因大力發(fā)展直線型經(jīng)濟(jì)模式，忽視了對再生資源的利用，使 我國再生資源回收行業(yè)遇到了強(qiáng)烈的沖擊。直到全球循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念的提出，我國 再生資源才又一次進(jìn)入人們視線，并上升為國家戰(zhàn)略層面。4.2我國再生資源產(chǎn)業(yè)取得的效益 金屬類再生資源。我國2021年再生金屬生產(chǎn)月530萬噸，相當(dāng)于節(jié)約2846萬 噸標(biāo)煤、17億立方米水，減少固廢排放9.2億噸、減少二氧化硫排放45.8萬噸。 圖1為2003-2021年，我國再生銅產(chǎn)量，圖 2為2003-2021年，我國再生鋁產(chǎn)量。從中我們可以看出，我國再生金屬的產(chǎn)量日益提高。圖1我國再生銅產(chǎn)量 圖2我國再生鋁

37、產(chǎn)量 非金屬再生資源。2006年，我國再生塑料、再生橡膠生產(chǎn)分別減少石油消耗 2936、564萬噸，再生紙生產(chǎn)減少木材消耗 1.26億立方米；減少廢水排放 7.34、0.56和33.7億噸。2003-2021年，再生塑料產(chǎn)量從 689萬噸上升到1733萬噸，年 平均增長率達(dá)到25.3%;再生橡膠產(chǎn)量從138萬噸上升到275萬噸，年平均增長率達(dá)到16.5%; 09年我國的廢紙紙漿產(chǎn)量達(dá)到4939萬噸，利用廢紙 生產(chǎn)各類紙制品的占比達(dá)到74.1%。 廢舊電子電氣機(jī)械再生資源。通過再制造工程的大力開展，我國到 09年底已形成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、轉(zhuǎn)向機(jī)、發(fā)電機(jī)共23萬臺套的再制造能力，產(chǎn)值達(dá)到10億元

38、以上。2005年、2006年國內(nèi)回收各類廢舊物資達(dá) 9568萬噸和10460萬噸，回收總值分 別為1751億元和2420億元。2007年國內(nèi)回收總量和總值分別為 11847萬噸和 2961億元，回收總值占2007年GDP的1.07%。2021年僅全國供銷合作社系統(tǒng)每 年回收城鄉(xiāng)居民生活廢棄物和工業(yè)廢料高達(dá)近4000萬噸，價(jià)值1000多億元。2021年，我國再生資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟成立，計(jì)劃通過3-5年的建設(shè)和發(fā)展，提高我國再生資源行業(yè)整體利用效率10%以上，產(chǎn)值年均增長25%，力爭到2021年產(chǎn)值達(dá)1.5萬億人民幣。4.3我國再生資源存在的問題不可否認(rèn)，我國再生資源的發(fā)展正一步步邁上正軌，

39、為我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出 了非常杰出的貢獻(xiàn)。但是在發(fā)展擴(kuò)大的同時(shí)，也或多或少存在一些問題，阻礙了 我們前進(jìn)的步伐。 行業(yè)回收市場分散，產(chǎn)業(yè)集中度不高。從總體上看，我國廢舊物資回收企業(yè)普遍經(jīng)營規(guī)模小，不足50人的小型企業(yè)占相當(dāng)大一部分，且較分散。僅2007年我國就有近500家小型廢鋼回收企業(yè)，5000多家廢舊有色金屬回收企業(yè)，行業(yè)龍頭 較少，行業(yè)亟待整合。 技術(shù)水平低，二次污染問題嚴(yán)重。我國再生資源加工利用實(shí)力較弱，且又沒有條件和能力引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值較低。一些地方的小 型企業(yè)仍以手工為主，進(jìn)行家庭作坊式生產(chǎn)加工。除此之外，二次污染控制能力 較差，夾雜物的綜合利用率不高，

40、這樣不僅浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。政府優(yōu)惠政策力度不夠，企業(yè)經(jīng)營負(fù)擔(dān)過重。08年，我國再生資源增值稅政策進(jìn)行了調(diào) 整，取消 廢舊物資回收經(jīng)營銷售其收購的廢舊物資免征增值稅”等政策，這樣一來，給回收企業(yè)增加了很大的壓力，致使一些企業(yè)入不敷出，最終慘淡收場。 行業(yè)規(guī)范度不高，市場秩序較亂。我國再生資源監(jiān)管力度不夠，致使一些企業(yè) 無照經(jīng)營，自行收購廢棄資源并進(jìn)行改造，干擾市場秩序，留下安全隱患。一些 國家甚至將井蓋丟失歸罪于中國的廢舊物資進(jìn)口，影響我國的國際形象。所有這 些均因制度安排缺乏規(guī)范性。 思想觀念落后于經(jīng)濟(jì)形勢，制約再生資源的開發(fā)利用。全社會(huì)對再生資源循環(huán)利用的重要性、緊迫性認(rèn)識不足，未形成人

41、人自覺保護(hù)環(huán)境、積極支持循環(huán)經(jīng)濟(jì) 發(fā)展的風(fēng)氣。循環(huán)與利用脫節(jié)，循環(huán)企業(yè)回收什么完全受利用企業(yè)的制約，而利 用企業(yè)又受市場變化的制約，全民節(jié)約資源的宣傳教育程度還不高。5世界發(fā)達(dá)國家先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)啟示我國再生資源行業(yè)起步較晚，政策、技術(shù)、思想觀念上，都稍遜色于西方發(fā)達(dá)國 家。為發(fā)展我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高再生資源行業(yè)綜合競爭優(yōu)勢，勢必要學(xué)習(xí)借鑒國 外先進(jìn)技術(shù)。例如：5.1美國為促進(jìn)再生資源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)業(yè)技術(shù)的研究與開發(fā)進(jìn)行了大量的資金 投人，已建立起較完善的產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與開發(fā)體系。目前已經(jīng)擁有多層次、多門類 的環(huán)境技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)和綜合性的環(huán)境科學(xué)研究管理機(jī)構(gòu)，技術(shù)人員隊(duì)伍規(guī)模龐大， 其再生資源利用創(chuàng)新水平

42、居世界領(lǐng)先地位。5.2日本對構(gòu)建再生資源利用技術(shù)研發(fā)體系非常重視,于2001年9月綜合科學(xué)技術(shù) 會(huì)議上通過了 分領(lǐng)域促進(jìn)戰(zhàn)略”把零垃圾型”和資源循環(huán)型”技術(shù)作為今后努力 研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。同時(shí)中央環(huán)境審議會(huì)還專門對 促進(jìn)環(huán)境技術(shù)的開發(fā)策略” 進(jìn)行了審議。5.3德國是全球再生資源利用率最高的國家，其于 1991年對包裝容器廢物實(shí)施收 集后由德國回收再生利用公司（DSD）公司進(jìn)行再分類和委托再生利用，所需費(fèi)用由 對包裝容器按重量征收的綠點(diǎn)稅來解決。這樣促進(jìn)了生產(chǎn)者從設(shè)計(jì)上減輕重量也 為易再生創(chuàng)造條件。對居民則由于此類廢物可不交垃圾處理費(fèi)，促進(jìn)了分類投放。 當(dāng)然，單靠生搬硬靠國外的經(jīng)驗(yàn)也是不合理的

43、。各國國情不同，適應(yīng)國外的做法 技術(shù)并不一定適合我國。所以我們一定要注意相關(guān)技術(shù)和模式的研發(fā)，找出真正 適合中國國情的理想方法。6我國再生資源開發(fā)利用建議6.1加強(qiáng)宣傳教育，強(qiáng)化資源再生意識。再生資源的利用是一項(xiàng)關(guān)乎千家萬戶的社會(huì)經(jīng)濟(jì)事業(yè)，必須從戰(zhàn)略高度充分認(rèn)識 其在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的重要地位，為此，需要各級政府的決策規(guī)劃及各企 事業(yè)單位以至全社會(huì)積極參與，加強(qiáng)宣傳輿論教育工作就顯得尤為重要。提高全社會(huì)尤其是領(lǐng)導(dǎo)決策者對我國資源狀況、 資源再生利用情況的認(rèn)識，對發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。而 這就要求我們強(qiáng)化資源再生意識，自覺參與開發(fā)利用再生資源的行動(dòng)，為發(fā)展資源 再生利用事

44、業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的思想基礎(chǔ)。6.2規(guī)范再生資源市場經(jīng)營秩序，完善相關(guān)法律法規(guī)和管理制度。在再生資源市場上，杜絕違章亂序的不良行為，如發(fā)包與轉(zhuǎn)讓再生資源回收利用 業(yè)務(wù)，強(qiáng)迫交易，濫用市場支配地位，限制競爭協(xié)議，行政壟斷等。在再生資 源回收管理?xiàng)l例中，已明確再生資源回收行業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的法律責(zé)任 ，對于違法 行為會(huì)加大處罰力度。我們應(yīng)對再生資源回收網(wǎng)點(diǎn)固定地點(diǎn)、掛牌經(jīng)營、明碼標(biāo) 價(jià)、規(guī)范服務(wù)，并為資源再生產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供制度、資金和組織上的保障。只有在 一個(gè)規(guī)范有序的環(huán)境下，我國再生資源市場才能又快又好發(fā)展。6.3出臺經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)再生資源的開發(fā)利用。為了貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想理念，國家應(yīng)在投資、信貨、稅收、利

45、潤提留、物質(zhì)分配 和獎(jiǎng)勵(lì)等采取一系列經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，以資激勵(lì)支持，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)我國再生資源企業(yè) 經(jīng)營積極性。同時(shí)要從資金投入上保障其發(fā)展，建立有償回收系統(tǒng)，給予再生資 源加工項(xiàng)目建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)科學(xué)研究、技術(shù)引進(jìn)和改造等多方面的支持照顧。要 通過多渠道籌集資金，按照誰投資誰受益的原則，鼓勵(lì)國內(nèi)外企業(yè)和個(gè)人，投資再 生資源開發(fā)利用項(xiàng)目建設(shè)和產(chǎn)品開發(fā)。6.4重視再生資源回收模式，完善再生資源回收加工體系。在外部政策環(huán)境良好的前提條件下，回收體系是決定再生資源行業(yè)發(fā)展的重中之 重。針對資源循環(huán)利用領(lǐng)域，我們可以推行現(xiàn)代廢舊商品回收利用的新型商業(yè)模 式，將目前散亂無章的廢舊資源游擊隊(duì)式回收體系，徹底改造為以

46、先進(jìn)技術(shù)為支撐的，現(xiàn)代化的新型商業(yè)模式”。按照方便、衛(wèi)生、規(guī)范、有序和可持續(xù)發(fā)展 的原則，建立城市鄉(xiāng)村回收網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)施生產(chǎn)者延伸責(zé)任制，第三方逆向物流 系統(tǒng)，產(chǎn)品全流程跟蹤體系等一系列措施，以促進(jìn)廢舊商品回收體系的改進(jìn)，從 根本上解決再生資源回收企業(yè)環(huán)境衛(wèi)生差、難管理的問題。6.5大力發(fā)展相關(guān)科學(xué)技術(shù)，推動(dòng)再生資源的開發(fā)和利用。 科學(xué)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)再生資源合理利用的第一要素，為充分發(fā)掘再生資源的物質(zhì)功能 潛力,達(dá)到物盡所用，就必須推行突破現(xiàn)時(shí)一般常規(guī)的生產(chǎn)技術(shù)，以擴(kuò)大和加深其 再生利用的范圍和程度，提高其綜合效益。目前，我國重點(diǎn)可研究項(xiàng)目包括：廢舊 資源的回收模式探討，再制造技術(shù)的研究，廢舊機(jī)電

47、產(chǎn)品資源化的研究，逆向渠 道體系的研究等等。同時(shí)，要建立再生資源回收利用網(wǎng)絡(luò)平臺，加快并逐步完善 信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。在加大自身研發(fā)能力的同時(shí)，密切關(guān)注國外相關(guān)的先進(jìn) 技術(shù)，借鑒、學(xué)習(xí)、弓I進(jìn)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)儀器設(shè)備和管理經(jīng)驗(yàn)，搞好與國外相關(guān) 企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)的合作工作，促進(jìn)自身的進(jìn)一步發(fā)展。7結(jié)語循環(huán)經(jīng)濟(jì)是針對傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的缺陷而提出的可持續(xù)發(fā)展的具體實(shí)現(xiàn)形式， 而對再生資源的開發(fā)和利用是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)重要的一環(huán)。通過生態(tài)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，資源循環(huán)利用,使不同的企業(yè)間形成廢棄物循環(huán)利用的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，達(dá)到生態(tài)經(jīng)濟(jì)系 統(tǒng)的良性互動(dòng)，是可持續(xù)發(fā)展理念的進(jìn)一步深化和升華。參考文獻(xiàn)1張帆淺談建立現(xiàn)代再生資源

48、回收利用體系J.再生資源研究，2003（1）:1-4.2王愛蘭.發(fā)達(dá)國家推進(jìn)再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)與啟示.環(huán)境保護(hù)，2007:76-79.3張偉.循環(huán)經(jīng)濟(jì)”催生再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展.中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)，2003.12.16.4金丹陽.再生資源產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐與探索.中國環(huán)境科學(xué)出版社,2001.4.5王娟.再生資源回收物流網(wǎng)絡(luò)體系研究.中南大學(xué)，2021.11.6祈福壽.再生資源回收利用的意義現(xiàn)狀及對策.再生資源研究，1997（ 3）： 10-12.7趙正湘.再生資源研究與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略.再生資源研究，2001（ 3）： 32-36.8 丁海軍，杜歡政，施敏穎.對我國進(jìn)口國際再生資源的探討.嘉興學(xué)院學(xué)

49、報(bào)，2021:5-9.9冷士良.環(huán)境保護(hù)與再生資源.資源節(jié)約和綜合利用，2000（2）： 11-13.10簡敏，沈炳芳，屈立伸.論再生資源開發(fā)利用的發(fā)展取向.中國物資再生，1994:1-4.11霍海州.全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新模式一循環(huán)經(jīng)濟(jì).人文地理博覽，2004:63.12李淳.加快發(fā)展再生資源產(chǎn)業(yè)的若干思考.中國物資再生，1999:23-24.5.2壓彎應(yīng)力下焊接板焊趾表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子 521拉彎應(yīng)力下表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子拉彎應(yīng)力作用下表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算以Newma n-Raji53 1979發(fā)表的表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式最具代表性，它具有計(jì)算精度高，適用范圍大等特點(diǎn)。楊 芳毓等(19

50、85)對20種表面裂紋計(jì)算式進(jìn)行了研究與評價(jià)58，另外，Mahmoud 和Hossein(1986以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)對幾種有代表性的表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式進(jìn) 行了評價(jià)59。從計(jì)算精度和適用范圍的角度，兩篇論文的研究結(jié)論都把Newman-Raju1979發(fā)表的表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式列在第二位。著名的英國“焊接結(jié) 構(gòu)缺陷驗(yàn)收評定方法指南-PD6493也采用Newman-Raju公式計(jì)算表面裂紋應(yīng)力強(qiáng) 度因子。壓彎組合應(yīng)力下表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子一般來說，壓應(yīng)力對裂紋產(chǎn)生閉合效應(yīng)而不會(huì)使裂紋擴(kuò)展。因此，目前的表面裂紋 應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式中都沒有考慮壓應(yīng)力的影響。但如果把壓彎組合應(yīng)力當(dāng)作純彎 曲應(yīng)力考

51、慮，而完全忽略壓應(yīng)力的影響，必然要產(chǎn)生一定的誤差，并且這個(gè)誤差會(huì) 伴隨著亞應(yīng)力成分所占比例的增大而增大，這是因?yàn)閼?yīng)力梯度較大時(shí)，在載荷作用 的應(yīng)力歷程中材料所受的損傷幅度較小，累積損傷也較小，應(yīng)力梯度較小時(shí)的情況 與此相反81。如何考慮這個(gè)影響？先看看下面的應(yīng)力分布圖，如圖 5.1 o設(shè)板中壓應(yīng)力為-，彎曲應(yīng)力為，則合應(yīng)力： 。圖5.1 (a)為受壓彎載荷板的實(shí)際應(yīng)力分布圖，圖 5.1 (b)為將應(yīng)力分解為壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力兩部 分，圖5.1 (c)中實(shí)線為虛擬純彎曲應(yīng)力，陰影部分為虛擬純彎曲應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力正部所圍成的區(qū)域。令板表面彎曲應(yīng)力為'，則圖中陰影的面積F%)盲如林一加(5-2)

52、從圖5.1 (c)可以看到，若我們不考慮壓應(yīng)力的作用，而用圖中實(shí)線表示的純彎 曲應(yīng)力來計(jì)算裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子，其結(jié)果將偏大。我們用圖中陰影部分的面積來對 其進(jìn)行修正。從式(5-2 )可以看到，該陰影面積和壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力以及板厚度 有關(guān)，若把該面積表示成圖5.1 （c）中實(shí)線、點(diǎn)劃線及板上表面線圍成的三角形 面積的分?jǐn)?shù)。一 CT廠（則7（ 5-3）注意到實(shí)際應(yīng)力與虛擬應(yīng)力之差隨著深度的增加而增加，將該差異沿壁厚線性化并表示為的函數(shù)，因該差異在表面處為零，沿裂紋深度為a。則對該裂紋應(yīng)力強(qiáng)什仃）-I -）度的修正系數(shù)為'，因而壓彎組合應(yīng)力下的表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算式為應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算采用式

53、（5-1），并令式中，考慮壓應(yīng)力影響引入系數(shù):'得到（5-4）式中1 一：八"、&a tr） = 1n = 1 + 尸壓彎組合應(yīng)力下焊趾表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子焊趾表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算較板表面裂紋要復(fù)雜得多。因?yàn)楹钢禾幍膽?yīng)力的 集中及殘余應(yīng)力計(jì)算就是一個(gè)很復(fù)雜的問題?？紤]焊縫含之初的應(yīng)力集中及殘余應(yīng) 力的影響是近年來國內(nèi)外疲勞斷裂研究的熱點(diǎn)之一 70，76- 79。焊趾處的應(yīng)力集中的影響若應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算中所用的應(yīng)力沒有包括應(yīng)力集中的影響在內(nèi)，則必須引入修正 因子L。該修正因子“和焊縫加強(qiáng)高及焊縫寬度等焊縫接頭參數(shù)有關(guān)22對于很淺的表面裂紋，H 人（應(yīng)力集中系數(shù)）。

54、然而當(dāng)裂紋深度增加時(shí)，裂紋尖端就逐步地遠(yuǎn)離焊趾應(yīng)力集中點(diǎn)，譏/隨裂紋深度的增加而減小，在厚度為t 的平板上的焊接接頭，對于對接焊縫，當(dāng)a/t=0.2時(shí)，“ 可考慮減小到1.0。對于突出成圓弧形的焊接接頭結(jié)構(gòu)簡圖如圖5.2，在W > 1.0的范圍內(nèi)求得一個(gè)極為近似的計(jì)算式225.3疲勞壽命計(jì)算由于半橢圓裂紋幾何上的二維性”必須同時(shí)知道兩個(gè)參數(shù)a,c才能確定一個(gè)表面 裂紋，才能進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度因子等的計(jì)算，而表面裂紋擴(kuò)展中，這兩個(gè)參數(shù)的變化是 不同的，而要計(jì)算表面裂紋的疲勞壽命，必須知道擴(kuò)展過程中任意時(shí)刻的裂紋深度 和長度，因此弄清楚表面裂紋擴(kuò)展中這兩個(gè)參數(shù)間的關(guān)系對于表面裂紋的疲勞壽命 計(jì)算是

55、極為重要的。國內(nèi)外不少人對表面裂紋在拉伸以及拉彎應(yīng)力作用下的裂紋形貌變化規(guī)律進(jìn)行了研 究。1981年Newman-Raju55在一個(gè)表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子經(jīng)驗(yàn)方程一問附錄中 給出了表面裂紋沿深度方向和長度方向擴(kuò)展遵循如下規(guī)律，用Paris公式表示為(5-9(5-10&c/.V(5-111987年李澤震等62用16Mn鋼板做試件，在不同的拉、彎應(yīng)力比下進(jìn)行了表面裂 紋疲勞擴(kuò)展規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。得出裂紋 a,c向的擴(kuò)展規(guī)律和式（5-9）式（5-11） 相同。文獻(xiàn)59采用了和文獻(xiàn)55相同的形貌關(guān)系式。但是，對于處于焊縫焊趾處 的表面裂紋來說，由于應(yīng)力集中，特別是由于殘余應(yīng)力的存在，它所處的應(yīng)力場

56、要 復(fù)雜得多；同時(shí)，焊接接頭中殘余應(yīng)力的存在使得疲勞裂紋擴(kuò)展中的裂紋閉合效應(yīng) 更加復(fù)雜化。因此，焊趾表面裂紋的疲勞壽命計(jì)算問題要比平板復(fù)雜得多。為了精確地估算疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，我們采用有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅公厘代來代替式（5-9）和式（5-10）中的 K，式（5-9）和式（5-10）可寫成(5-12(5-13其中 '人 是考慮了裂紋閉合效應(yīng)以后的有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅rruiriMli(5-15)人 卜' (5_16)式中，人 ，人 交變應(yīng)力幅引起的最大和最小應(yīng)力強(qiáng)度因子,f -“ ；人一一開口應(yīng)力強(qiáng)度因子，''；U開口比。開口比U和應(yīng)力比R,溫度以及材料特性等因素有關(guān)

57、，其中主導(dǎo)因素是應(yīng)力比。 因?yàn)閼?yīng)力強(qiáng)度因子和應(yīng)力比成正比，因此，應(yīng)力比可寫成最小應(yīng)力強(qiáng)度因子和最大 應(yīng)力強(qiáng)度因子之比。即：R=卜、/ -(5-17)殘余應(yīng)力對疲勞裂紋擴(kuò)展的主要影響可通過總應(yīng)力比的改變并引起裂紋的閉合行為 的改變來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于裂紋閉合行為與應(yīng)力比之間的關(guān)系，已有許多研究者做了大量 實(shí)驗(yàn)和理論研究。文獻(xiàn)70對文獻(xiàn)64發(fā)表的開口比U和應(yīng)力比R之間的關(guān)系數(shù)據(jù) 進(jìn)行了回歸分析，并從中引出如下估算公式其中n可在12之間根據(jù)安全性的考慮來適當(dāng)選取。當(dāng)n=1時(shí)，裂紋閉合效應(yīng)發(fā)生在RV0.62處，當(dāng)n=2時(shí)，裂紋閉合效應(yīng)發(fā)生在 Rv0.12處。當(dāng)n增大時(shí)，考慮 裂紋閉合效應(yīng)的范圍減小；而同時(shí)對應(yīng)的U增大，從而導(dǎo)致小 增大，估算的壽命減小，使估算的壽命偏于安全。盡管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)大部分在n=1附近，但這些數(shù)據(jù)是不銹鋼USU304和低合金鋼SS41這兩種材料的試驗(yàn)