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基于裂纹塑性区影响的疲劳裂纹扩展研究
| 论文题名： | 基于裂纹塑性区影响的疲劳裂纹扩展研究 |
| 关键词： | 船舶结构;裂纹塑性区;结构力学;有限元分析 |
| 摘要： | 疲劳与断裂是船舶与海洋结构物常见的失效形式。由于裂纹尖端塑性区影响，裂纹扩展过程中发生裂纹闭合现象，裂纹张开应力与裂纹扩展速率密切相关。对于工程中准确评估含裂纹损伤构件的疲劳寿命，裂纹张开应力的评估是亟待解决的重要问题。目前对裂纹张开应力的研究，大部分的数值分析主要是和裂纹尖端场的计算有关，而裂纹尖端断裂参数在工程实际中不能方便地获取；解析法主要基于一定的理想化理论假设；实验测量获得的经验公式主要适用于实验中的材料种类和载荷条件。裂纹张开应力的评估模型无法广泛运用于工程实际。本文引入远离裂纹尖端的断裂参数即裂纹最大张口位移变化量，通过断裂力学理论分析、二维弹塑性有限元分析和实验验证三个角度，对基于塑性区影响的疲劳裂纹扩展展开了研究。 本研究首先分析了张开应力与裂纹最大张口位移的内在联系。在常幅循环拉伸载荷条件下，通过二维弹塑性有限元分析，提出由裂纹最大张口位移变化量估算中心裂纹穿透板张开应力的计算模型。该模型已考虑裂纹初始长度、屈服应力、应力比、弹性模量、应变硬化和横向应力的影响。进一步根据裂纹闭合理论，建立以最大张口位移变化量为基础的裂纹扩展速率模型，该模型预测裂纹扩展速率结果与实验结果相一致。其次，针对单次过载、多次连续过载，考虑了过载比、应力比和材料特性的影响，通过弹塑性有限元分析建立张开应力与最大张口位移变化量的函数关系，该函数关系适用于不同形式的连续拉伸过载的硬化金属材料；对于间断过载，量化分析了过载距离对裂纹扩展的影响，发现了当过载距离等于0.23倍高载塑性区时迟滞效应最强，为工程上获得最佳迟滞效果提供了有效的施加方案。最后，在常幅循环拉压载荷条件下，研究了压载荷对张开应力的影响，提出由裂纹最大张口位移变化量估算裂纹张开应力的计算模型。并分析了外载荷、裂纹初始长度、屈服应力、弹性模量、应变硬化和包辛格效应对该模型的影响。运用该模型描述材料的裂纹扩展速率实验结果，可以使不同负应力比的裂纹扩展速率凝聚到单一曲线上。 |
| 作者： | 尤萌 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 黄一 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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