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原文传递焊趾处裂纹扩展预报

论文题名：	焊趾处裂纹扩展预报
关键词：	船舶工程;焊趾;表面裂纹;疲劳裂纹扩展;残余应力;应力强度因子
摘要：	焊接接头的主要失效形式为焊趾处的疲劳断裂。焊接接头的强度对整个工程构件的整体强度与疲劳寿命将产生重要影响。因此,对焊接接头焊趾处的裂纹疲劳扩展预报,对整个工程结构设计的经济性和使用的安全性有极其重大的意义。焊接接头疲劳寿命的预报有名义应力法,局部应力应变法,基于断裂力学的疲劳裂纹扩展法和基于损伤力学的疲劳寿命预报法。基于断裂力学的疲劳裂纹扩展法(F atigue Crack Propagation Method),可以较好的解释疲劳试验中的各种物理现象,并能有效地考虑裂纹初始缺陷、载荷应力比、残余应力、随机载荷的频率与加载次序等各种参数对疲劳裂纹扩展的影响,能够对疲劳扩展的初始状态与最终状态进行有效的模拟,因而基于断裂力学的裂纹扩展法具有很高的工程实用意义。　　采用基于断裂力学的F CP法对工程构件进行疲劳扩展预报时,如何有效计算处于残余应力场中的应力强度因子(SIF)是一个重要的工作,现有的规范手册给出了简单几何构件在拉压、弯曲作用下的经验公式,但是焊趾处于残余应力场中裂纹S IF的计算依旧是一个难题。基于此,本文将基于断裂力学的F CP法,开发新的权函数对焊趾处于残余应力场中的S IF进行计算,对处于复杂载荷下焊接接头的疲劳强度进行了研究,本文的主要工作如下: 　　(1)对焊接接头的疲劳强度研究进行了总结和回顾,通过分析,明确了焊接接头疲劳寿命预报的发展趋势和存在的不足。　　(2)回顾了利用权函数法计算应力强度因子的过程和方法,总结了有限平板边界穿透裂纹和中心穿透裂纹的权函数;二维平板半椭圆表面裂纹的权函数;二维平板四分之一椭圆角裂纹的权函数;二维圆柱壳内表面半椭圆裂纹的权函数。　　(3)对平板对接焊,T型头焊接,球壳对接焊进行了焊接数值模拟,获得了典型接头焊接后的残余应力分布,为求解残余应力场中的SIF做好铺垫。　　(4)开发了针对于T型接头焊趾处半椭圆表面裂纹最深点和表面点的权函数。新权函数的准确性,用高次分布的应力进行了有效性验证。基于新的权函数,对T型接头焊趾处半椭圆表面裂纹的残余应力强度因子Kres进行了计算。　　(5)随机载荷作用下,采用两种不同的疲劳裂纹扩展模型—P aris模型和Huang模型,对焊趾处的疲劳裂纹扩展进行了研究。着重研究了初始裂纹尺寸,残余应力对疲劳裂纹扩展的影响。
作者：	徐磊
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	黄小平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文