原文传递
基于CTOD船体结构疲劳强度研究
| 论文题名： | 基于CTOD船体结构疲劳强度研究 |
| 关键词： | 船体结构;疲劳强度;裂纹扩展;有限元建模 |
| 摘要： | 船舶与海洋工程由于其复杂的结构，同时长期处在比较恶劣的工作环境，就导致了疲劳裂纹容易萌生在船舶与海洋工程结构的局部区域，当疲劳裂纹的扩展速率达到一定值时，船舶与海洋工程结构就会通过疲劳裂纹的扩展而发生一定的破坏，因此需要通过对船舶与海洋工程的疲劳裂纹扩展进行研究，以此来保证船舶与海洋工程结构的安全。所以开展对船舶与海洋工程结构用钢的疲劳裂纹扩展研究具有一定的意义。本文主要分四部分内容进行研究： （1）详细分析了金属结构在发生疲劳裂纹破坏时裂纹萌生的不同阶段，并阐述了各个阶段内裂纹萌生的不同特性，从根本上分析了裂纹发生疲劳破坏时的机理。详细论述了目前在解决结构疲劳问题时常用的方法，包括模型试验方法，数值仿真方法，断裂力学方法，S-N疲劳曲线评估方法，为后文中基于裂纹张开位移理论进行疲劳强度分析做了铺垫。同时详细分析了对不同的裂纹尖端扩展速率模型的研究，并对不同模型在表现效果上进行了对比分析，提出了计算裂纹扩展速率时较好的模型选择。 （2）对船舶用钢Q235钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验，以确定裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移的关系。应用柔度法测定裂纹长度，并与50倍光学读书显微镜跟踪检测结果进行了对比分析，验证了通过光学方法测定裂纹扩展长度的可行性。计算分析了疲劳裂纹扩展速率d a/d N，所应用的方法为传统的七点递增多项式法，并对数据进行了整理分析。在疲劳裂纹扩展速率试验中测定了裂纹嘴张开位移，通过换算得到CTOD，并计算得到Q235钢疲劳裂纹扩展速率的线性回归公式，为后续通过裂纹尖端张开位移方法计算船舶疲劳强度提供依据。 （3）通过进行的Q235钢疲劳裂纹扩展速率试验的基础上，对疲劳裂纹扩展中材料参数C和m进行了统计分析发现其具有一定的分散性，且这样的分散性符合一定的统计分布规律。疲劳裂纹扩展中通过Paris公式进行拟合，其拟合参数C和m具有一定的统计相关性。参数C可以在以参数m正态分布处理的基础上通过相关性来确定。参数C在以确定的参数 m的基础上服从对数正态分布。为文章后续对船体部分结构疲劳分析提供了可靠性较好的均值型Paris公式。 （4）通过有限元建模进行模拟了船体结构中有裂纹结构区域，根据基于CTOD裂纹张开位移的疲劳裂纹扩展准则方法对裂纹体进行了疲劳寿命计算，并将结果与基于S-N曲线法所得结果进行对比分析。 |
| 作者： | 于涛 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 冯国庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
