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典型船体拐角结构的疲劳评估方法研究
| 论文题名： | 典型船体拐角结构的疲劳评估方法研究 |
| 关键词： | 船舶工程;拐角结构;疲劳强度;评估方法;奇异强度理论 |
| 摘要： | 船舶与海洋结构物通是由大量的板与各种骨材、桁材焊接而成，其焊接处利用肘板等加强构件以满足强度要求，致使结构存在锋利的拐角。在受载情况下，这些拐角处存在应力集中现象，即具有奇异性（应力为无穷大），易萌生裂纹，并在交变载荷作用下不断扩展，直至结构断裂破坏，因此研究拐角区域的应力集中至关重要。 （一）奇异强度理论背景研究，针对拐角处应力集中问题，考虑常用规范外插法中外插点的位置只与板厚有关或为固定值，而不取决于结构的尺寸，论文将提出无需有限元分析的简单方法。通过对奇异点处应力场特点的分析，并结合裂纹尖端场的应力函数，深入研究Williams、Gross&Mendelson、Lazzarin&Livieri等基于切口应力强度因子理论简化的应力函数，引入应用“奇异强度as”概念来计算“奇异应力”的方法，同时寻找应力分布与结构尺寸的关系，最终提出“奇异强度理论”新方法。 （二）奇异强度理论核心研究，利用ANSYS数值模拟及MathCAD数据处理，基于切口应力强度理论，研究薄板135°拐角结构和直角结构的奇异性应力分布、应力集中、应力强度及结构的疲劳特性，分析得到与结构几何尺寸关联的“奇异强度”关系式，并基于此分别给定计算SIF的“奇异权函数法”和“奇异等效裂纹法”的研究方法及经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估，同时结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中，得到与结构尺寸相关的“奇异应力集中系数”表达式。然后针对切口应力，提出可应用于有限元结果分析的“奇异应力等效取值法”。 （三）奇异强度理论展望研究，分析二维结构拐角处的应力场，通过研究4种结构及不同方向上的应力分布，得到薄板结构135°拐角方案最佳。然后针对6种典型三维结构的8处拐角，分别研究在拉伸载荷工况、弯矩载荷工况及共同加载工况下激励裂纹萌生的各向应力分布，得到各种结构适用的最佳方案。为接下来将奇异强度理论应用于典型三维结构做展望性研究。 |
| 作者： | 高嵩 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王大政 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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