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循环载荷作用下裂纹尖端张口位移估算方法研究
| 论文题名： | 循环载荷作用下裂纹尖端张口位移估算方法研究 |
| 关键词： | 船舶结构;交变载荷;裂纹扩张;结构强度 |
| 摘要： | 裂纹尖端张口位移是评价韧性材料裂纹扩展和断裂行为的主要参量之一，对船舶与海洋结构物服役期内的安全状态评估具有重要的意义。有限元方法是目前研究裂纹尖端张口位移问题时广泛采用的方法之一。本文基于断裂力学理论，结合有限元分析技术，研究循环载荷下含中心穿透裂纹的平板模型的裂纹尖端张口位移变化规律，建立裂纹尖端张口位移计算模型，为疲劳裂纹扩展和断裂评估提供依据。 本研究主要内容包括：⑴建立常幅循环载荷下裂纹尖端张口位移计算模型。引入最大张口位移，通过理论推导，证明裂纹尖端张口位移与最大张口位移之间存在一定关系。结合有限元计算技术，建立基于最大张口位移的裂纹尖端张口位移计算模型，并进一步考虑了裂纹长度、平板宽度、大范围屈服、载荷形式（应力比和载荷波形）、材料特性(弹性模量、屈服强度和材料硬化)对已建立模型的影响。根据应变能密度等效原则，将硬化材料模型转化为等效理想弹塑性材料模型，对计算模型进行修正，以提高该计算模型的工程实际应用价值。⑵建立变幅循环载荷下裂纹尖端张口位移计算模型。在常幅循环载荷的基础上，考虑加载顺序的影响。基于裂纹扩展加速效应，结合有限元计算，计算不同加载顺序（高-低幅载荷和低-高幅载荷加载顺序）下的裂纹尖端张口位移的变化规律，建立变幅循环载荷作用下裂纹尖端张口位移和最大张口位移之间的函数关系，从裂纹尖端张口位移的角度解释裂纹扩展加速现象。⑶建立拉-压载荷作用下裂纹尖端张口位移计算模型。在变幅拉伸循环载荷的基础上，进一步考虑压载荷对裂纹尖端张口位移减小量的影响，建立拉-压载荷条件下基于压载荷的裂纹尖端张口位移计算模型。利用有限元方法，研究了平板宽度、裂纹长度、外载荷（最大拉应力和最大压应力）以及材料参数（屈服强度、弹性模量、材料硬化）对裂纹尖端张口位移减小量的影响。计算结果表明，该模型适用于拉-压载荷作用下不同材料的有限平板模型，填补了压载条件下裂纹尖端张口位移量化研究的空白。 |
| 作者： | 姜良伟 |
| 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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