针对裂纹行为的研究是一个具有诱惑和挑战的课题。其诱惑表现在裂纹存在的广泛性和破坏性,对裂纹行为的研究无疑具有巨大的经济和社会价值;其挑战性表现在裂纹行为的复杂性。自今,除对少数高强度或高脆性材料和受力规则的构件裂纹的行为认识相对成熟外,许多工程中的裂纹问题人们仍在不断地研究认识之中。随着由低碳钢构成的机械承载结构裂纹问题的日益严重,研究机械承载结构裂纹诊断、控制与维修已成为故障诊断学领域的新热点。本文以断裂力学为基础,以机械承载结构为应用背景,探讨了对低碳钢结构裂纹诊断、控制与维修的新理论、新方法和新途径。理论研究致力于建立裂纹维修数学模型的基础;实验研究致力于寻找Q235钢的断裂韧性和裂纹扩展参数;应用研究致力于开发指导机械承载结构裂纹诊断、控制与维修的实用技术。主要研究内容和成果体现在以下几个方面: 1) 针对港口门座起重机金属结构裂纹十分突出的问题,本文对其进行了较为广泛的调查,通过对调查结果的分析,对金属结构裂纹故障的比重及分布情况作了总结,使与之有关的人员对裂纹故障状况心中有数。 2) 从能量的观点出发,通过结构疲劳实验和标准实验,分别用柔度法和J积分测量法测量了Q235钢的断裂韧性值,同时,测量了Q235钢与疲劳裂纹扩展速率相关的两个参数,为基于Q235钢的机械承载结构裂纹的诊断与控制打下了坚实的基础。 3) 提出了基于有限元复合建模的符合工程实用的金属结构裂纹诊断与控制的方法与技术途径。它包括复合有限元模型的建立、结构裂纹敏感部位的确定、裂纹扩展的最大长度、裂纹的巡检周期等内容。这几部分的内容相互衔接,自成一体,与模态识别方法等其他结构裂纹诊断方法相比,有简单实用、结论可靠等较明显的优点。 4) 从改善裂纹尖端应力集中的观点出发,探讨了一种对裂纹的维修方法,这种维修方法使裂纹尖端的曲率半径变得无穷大,改变了裂纹尖端的应力分布状态,实验证明:这种维修方法具有一定的优势。 5) 用实验的方法对工程实际中的几种裂纹维修方法进行了定性的比较。实验采用了机械承载结构中常用的箱形梁试件,实验的结果,对结构裂纹的维修