The analysis of fatigue resistance of bridge structures made of aluminum alloys

Introduction.

The author has developed a method for the fatigue resistance analysis of bridge structures made of aluminum alloys subjected to polycyclic loading. The author suggests that this method should be introduced into the currently enhanced regulatory documentation focused on the analysis of highway bridges made of aluminum alloys.

Materials and methods.

The method is based on the results of integrated laboratory testing of a number of aluminum alloys 1915T, AD35 T1, 1565hM, EN AW-6082 T6 that have good prospects in terms of the production of bridge structures. Physical-mechanical and fatigue characteristics were identified in the course of the static testing of specimens of these alloys before the fatigue cracking at different values of the cycle asymmetry coefficient. The theoretical fundamentals of the method stem from the domestic research on the fatigue resistance analysis of steel structures and foreign regulatory materials on the fatigue resistance analysis of bridge structures made of aluminum alloys.

Results.

The reliability of the new method was verified in the course of static and fatigue testing of a full-scale pedestrian bridge made of 1915T alloy and orthotropic plates made of EN AW-6082 T6 alloy, designed by NRU MGSU and manufactured by the Russian plants GS-Reserve, KraMZ and Sespel using advanced innovative technologies of extrusion and friction stir welding. Discrepancies between the experimental findings and the results of the analysis, made pursuant to the proposed methodology, are within 5-20 %.

Conclusions.

The proposed method can also be applied to other types of structures made of aluminum alloys, such as tanks, pipelines, high-rise structures, and other items that are subject to multiple cyclic effects.

1. Бородкина В. В., Рыжова О. В., Улас Ю. В. Перспективы развития алюминиевого производства в России // Фундаментальные исследования. 2018. № 12. С. 72-77.

2. Грищенко Н. А., Сидельников, С. Б., Губанов И. Ю., Лопатина Е. С., Галиев Р. И. Механические свойства алюминиевых сплавов : монография. Красноярск : СФУ, 2012. 194 с.

3. Агафонов Р. Ю. Структура и механические свойства сплавов на основе алюминия с добавками редкоземельных металлов : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2016. 21 c.

4. Рожин А. В. Совершенствование процессов легирования и модифицирования алюминиевых сплавов на основе систем AL-CU-MG И AL-ZN-MG-CU : дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2013. 22 с.

5. Трищенко В. И. Алюминиевые мосты: спрос отстает от предложения // Транспорт Российской Федерации. 2017. № 5 (72). C. 73-78.

6. Коргин А. В., Романец В. А., Ермаков В. А., Зейд Килани Л. З. Перспективы и проблемы применения алюминиевых сплавов при строительстве мостов в Российской Федерации // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2018. № 9. С. 42-46. DOI: 10.12737/article_5bab4a1a42eee3.23235487

7. Хажинский Г. М. Основы расчетов на усталость и длительную прочность. М. : URSS, 2016. 168 с.

8. Жунев К. О., Мурованный Ю. Н., Яшнов А. Н. Исследование усталостной долговечности сварных соединений железнодорожных пролетных строений // Транспортные сооружения. 2020. Т. 7. № 2. С. 4. DOI: 10.15862/06SATS220

9. Ping Hwa. Fatigue behaviour of 6061 aluminium alloy and its composite. Tesis, Dublin City University, 2001.

10. Коргин А. В., Одесский П. Д., Ермаков В. А., Зейд-Килани Л. З., Романец В. А., Королева Е. А. Прочность алюминиевых сплавов для мостостроения // Деформация и разрушение материалов. 2019. № 8. С. 10-19. DOI: 10.31044/1814-4632-2019-8-10-19

11. Korgin A. V., Romanets V. A. Fatigue strength of aluminum alloy structures // IIOAB Journal. 2020. Vol. 1. Issue S2. Pр. 1-10.

12. Махутов Н. А., Резников Д. О. Методы оценки напряженно-деформированного состояния в зонах конструктивной концентрации при штатных и аварийных режимах нагружения // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2018. № 4. С. 3-27.

13. Астафьева Н. А., Бузин А. С. Исследование влияния видов предварительной обработки на качество сварных облегченных конструкций из алюминиевых сплавов // Вестник ИрГТУ. 2018. Т. 22. № 7 (138). С. 10-18. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-7-10-18

14. Дриц А. М., Нуждин В. Н., Овчинников В. В., Конюхов А. Д. Исследование усталостной долговечности основного материала и сварных соединений листов из сплава 1565ч // Цветные металлы. 2015. № 12 (876). С. 88-93. DOI: 10.17580/tsm.2015.12.17

15. Овчинников В. В., Парфеновская О. А., Губин А. М. Влияние режима сварки трением с перемешиванием на прочность стыковых соединений алюминиевого сплава 1565ч // Технология металлов. 2020. № 7. С. 23-32. DOI: 10.31044/1684-2499-2020-0-7-23-32

16. Верхов Е. Ю., Морозов Ю. А. Анализ и разработка технологии изготовления гнутых толстолистовых деталей // Вестник МГОУ. Серия: Техника и технология. 2011. № 4. С. 14-19.

17. Korgin A., Romanets V., Ermakov V., Zeyd-Kilani L. Experimental and analytical study of an aluminium alloy bridge made of 1915T // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 04005. DOI: 10.1051/matecconf/201825104005

18. Siwowski T. FEM modelling and analysis of a certain aluminium bridge deck panel // Archives of Civil Engineering. 2009. Vol. 3. Pp. 347-365.

19. Patton G. Aluminum orthotropic desk research report // Archive Florida Departement of Transportation. 2017. 52 p.

20. Билалов Д. А., Баяндин Ю. В., Наймарк О. Б. Численное моделирование процесса разрушения алюминиевых сплавов при динамическом и усталостном нагружении // XХI Зимняя школа по механике сплошных сред: тезисы докладов. 2019. С. 46.