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原文传递缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命研究

论文题名：	缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命研究
关键词：	船舶缺口板;低周疲劳;裂纹萌生
摘要：	近年来，随着船舶的大型化发展，高强度钢的运用越来越多，船舶结构总体变形也随着船舶主尺度的增加而越来越大。目前，船舶结构疲劳强度的研究大多着重于高周疲劳的研究，然而船舶在航行过程中，由于受到恶劣海况的影响或由于结构的不连续性和初始缺陷的存在，船体局部将产生应力集中现象，使得船体结构局部进入塑性状态。因此，在船舶大型化发展的背景下，研究金属材料的低周疲劳问题具有非常重要的意义。　　本文以缺口板为研究对象，采用船舶常用高强钢Q345，通过理论分析、数值模拟和试验观测相结合的方法对其低周疲劳特性进行了探究。针对现有低周疲劳的研究大多局限于应变加载条件，本文主要围绕Q345钢缺口板在应力循环载荷下的低周疲劳问题开展了以下工作：　　（1）根据能量守恒的观点对疲劳裂纹萌生临界尺寸的确定进行了探究。假定材料疲劳裂纹萌生由最大拉应力引起，根据连续损伤理论，当达到疲劳裂纹萌生临界尺寸时，损伤力学计算得出的耗散能与断裂力学计算得出的耗散能将相等，由此得出了以塑性应变为基本参量的疲劳裂纹萌生尺寸表达式，该疲劳裂纹萌生临界尺寸能很好地运用于疲劳寿命的评估；分析平均应力和应力幅值对塑性应变的影响规律。　　（2）采用损伤力学的方法，得出基于损伤力学的缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命模型和累积塑性应变模型。假定材料达到临界损伤时则产生疲劳裂纹，运用疲劳缺口系数对缺口局部应力进行修正，得到疲劳裂纹萌生寿命模型，该模型对于应力加载条件下的疲劳寿命估算方法简单且具有一定的精度。　　（3）运用有限元仿真的方法对缺口附近的应力及应变分布规律进行了计算，得出了不同平均应力和应力幅值下的分布规律。以缺口局部的应力及应变分布为基础，对应力和应变分布的相对梯度进行了分析，采用应变梯度和应力梯度的方法分别获得有效应变幅值，代入考虑平均应力影响的Morrow的疲劳寿命估算公式，分别获得了两种方法下的疲劳裂纹萌生寿命，与试验值进行比较发现，采用应变梯度代替应力的梯度的疲劳裂纹萌生寿命与试验值更接近。　　（4）缺口半径和板材厚度也是影响缺口局部应力应变分布的重要因素，采用有限元仿真的方法对不同缺口半径和板材厚度的的缺口局部应力应变状态进行分析，为进一步研究具备不同几何条件下缺口板在非对称应力循环载荷下的低周疲劳强度研究提供基础。　　（5）开展Q345钢应变循环和应力循环载荷下的低周疲劳试验。通过疲劳试验数据，拟合得到Chaboche模型参数，得到了非对称应力载荷下的疲劳寿命和应变变化规律，将理论分析结果和有限元模拟仿真结果与试验结果进行对比，判断理论模型和有限元模拟仿真的合理性。
作者：	汪丹
专业：	船舶与海洋工程
导师：	杨平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文