针对气动冲击作用下钢桥裂纹闭合开展试验研究,以带人工裂纹平板试件为研究对象,考虑不同冲击方式、冲击参数、材料强度等因素下对裂纹闭合深度的影响.建立拉伸荷载作用下带扁平椭圆裂纹的扩展有限元模型,从应力强度因子的角度分析了不同裂纹闭合深度对裂纹扩展速率的影响.结果表明:三次冲击作用下,裂纹闭合表面较为平整且闭合深度更深.当裂纹宽度较小时,采用合理的冲击参数可获得较大的裂纹闭合深度,本次试验中,裂纹最大闭合深度可达2.0 mm.有限元结果显示,随着裂纹闭合深度增大,裂纹尖端应力强度因子大幅度下降,但增幅逐渐趋于平缓,从应力强度因子的角度表明了气动冲击作用对延缓裂纹扩展具有积极作用.

为分析气动冲击技术对长裂纹的修复效果,选取了三个裂纹长度均为100 mm以上的顶板与U肋试件,开展了气动冲击修复试验及修复后疲劳加载,并分析了微观结构变化、裂纹断面、裂纹扩展速率、应力幅等。同时,建立了相关有限元模型,基于分析结果提出了部分关键的技术参数。研究表明,由于锤击后的应力重分布,在锤击区域的两侧会产生新的疲劳源区,但具有长裂纹试件的疲劳寿命依然得到了显著的提高。气动冲击可产生可观的残余压应力,为取得最佳效果,气动冲击角度建议为70°。裂纹闭合后焊根应力呈不均匀分布,最佳的闭合深度为4 mm。在裂纹闭合深度影响的试验研究中,建议采用三点外推得到的热点应力作为评判指标。