Abstract

This article studies the quantitative influences of corrosion on the fatigue life of high-strength steel wires, considering a wide variation in the degree of corrosion. A multiparameter Weibull model for corrosion-stress-life (C-S-N) is proposed, and the Goodman relation is employed to deal with the dependences of stress ranges on positive stress ratios. Fatigue data are collected from the literature for three groups with different ultimate tensile strengths and the degree of corrosion ranging from 0.18% to 18.67%. This data is then used to estimate the parameters of the Weibull model; subsequently, quantitative influences of corrosion on fatigue life for steel wires with a wide range in the degree of corrosion are illustrated and discussed. The results indicate that the influence of ultimate tensile strengths on fatigue life for corroded steel wire can be ignored, because corrosion causes crack nucleation faster, especially at lower stress ranges. The fatigue life decreases sharply as the corrosion increases, and reduction is much pronounced under a lower stress range. Negative correlation of fatigue life and corrosion increases as the stress range decreases, which further confirms that corrosion has a higher influence at lower stress ranges. The proposed model can provide quantitative evaluation on the fatigue life of steel wires at specified survival probabilities, considering a wide range in the degree of corrosion; these results can be used by engineering designers to ensure the safety for cable-supported bridges during their lifetime.

摘要

本文研究了腐蚀对高强度钢丝疲劳寿命的定量影响，考虑了腐蚀程度的广泛变化。提出了腐蚀-应力-寿命 (CSN) 的多参数 Weibull 模型，并采用 Goodman 关系来处理应力范围对正应力比的依赖性。从文献中收集了具有不同极限抗拉强度和腐蚀程度从 0.18% 到 18.67% 的三组的疲劳数据。该数据随后用于估计 Weibull 模型的参数；随后，说明和讨论了腐蚀对大范围腐蚀钢丝疲劳寿命的定量影响。结果表明，腐蚀钢丝的极限抗拉强度对疲劳寿命的影响可以忽略不计，因为腐蚀导致裂纹形核速度更快，尤其是在较低的应力范围内。疲劳寿命随着腐蚀的增加而急剧下降，并且在较低的应力范围内下降更为明显。随着应力范围的减小，疲劳寿命与腐蚀的负相关性增加，这进一步证实了腐蚀在较低的应力范围内具有更高的影响。所提出的模型可以在指定的生存概率下对钢丝的疲劳寿命进行定量评估，考虑到腐蚀程度的范围很广；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。因为腐蚀会导致裂纹更快地成核，尤其是在较低的应力范围内。疲劳寿命随着腐蚀的增加而急剧下降，并且在较低的应力范围内下降更为明显。随着应力范围的减小，疲劳寿命与腐蚀的负相关性增加，这进一步证实了腐蚀在较低的应力范围内具有更高的影响。所提出的模型可以在指定的生存概率下对钢丝的疲劳寿命进行定量评估，考虑到腐蚀程度的范围很广；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。因为腐蚀会导致裂纹更快地成核，尤其是在较低的应力范围内。疲劳寿命随着腐蚀的增加而急剧下降，并且在较低的应力范围内下降更为明显。随着应力范围的减小，疲劳寿命与腐蚀的负相关性增加，这进一步证实了腐蚀在较低的应力范围内具有更高的影响。所提出的模型可以在指定的生存概率下对钢丝的疲劳寿命进行定量评估，考虑到腐蚀程度的范围很广；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。并且在较低的应力范围下减少非常明显。随着应力范围的减小，疲劳寿命与腐蚀的负相关性增加，这进一步证实了腐蚀在较低的应力范围内具有更高的影响。所提出的模型可以在指定的生存概率下对钢丝的疲劳寿命进行定量评估，考虑到腐蚀程度的范围很广；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。并且在较低的应力范围下减少非常明显。随着应力范围的减小，疲劳寿命与腐蚀的负相关性增加，这进一步证实了腐蚀在较低的应力范围内具有更高的影响。所提出的模型可以在指定的生存概率下对钢丝的疲劳寿命进行定量评估，考虑到腐蚀程度的范围很广；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。考虑腐蚀程度的广泛范围；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。考虑腐蚀程度的广泛范围；工程设计人员可以使用这些结果来确保电缆支撑桥梁在其使用寿命期间的安全。