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考虑过载效应下裂纹板低周疲劳裂纹扩展研究
| 论文题名： | 考虑过载效应下裂纹板低周疲劳裂纹扩展研究 |
| 关键词： | 船舶结构;高强度AH32钢;低周疲劳裂纹;过载效应;动态扩展 |
| 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，经常遭遇恶劣海况的影响，船体局部将产生更明显的应力集中现象，使得船体结构局部快速进入塑性状态。因此，在船舶大型化发展的背景下，研究金属材料的过载作用下的低周疲劳问题具有非常重要的意义。 本文以船用高强度AH32钢为主要研究对象，采用其标准紧凑型拉伸试样CT试件，通过数值模拟和试验观测相结合的方法对其过载作用下的低周疲劳裂纹扩展行为进行了探究。 （1）基于断裂力学和弹塑性力学理论，考虑裂纹钝化半径，阐述了裂纹尖端塑性应力应变关系。详细介绍了经典的恒幅循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展速率预测模型，以及考虑变幅载荷作用的裂纹扩展速率预测模型。 （2）利用有限元软件ABAQUS，结合节点脱粘技术，建立低周疲劳裂纹动态扩展模型，对最小单元尺寸以及节点脱粘方案合理性进行讨论。分析裂纹尖端附近的应力场和位移场变化规律，探讨变幅加载下疲劳裂纹扩展的内在机理。 （3）利用疲劳裂纹动态扩展模型，基于裂纹扩展判据：裂尖临近距离处的塑性耗散能密度决定裂纹扩展。对不同过载施加形式的裂纹扩展速率进行定量预测，预测结果与试验结果基本一致。 （4）根据各个工况作用下的裂纹张开载荷有限元结果，探讨闭合效应对过载产生的迟滞效应的影响，模拟结果与实验结果基本一致。引进裂纹张开载荷相关参数S，通过裂纹张开载荷与裂纹长度关系曲线表征不同过载施加形式对迟滞效应的影响。 （5）开展AH32钢标准紧凑型拉伸CT试件的低周疲劳试验。分别进行CT试件的一次静载拉伸试验、恒幅循环加载试验和不同过载施加形式的试验；根据试验结果，获得AH32钢相关疲劳特性参数，拟合得到Chaboche模型参数；根据相关设计工况下试验结果，分析不同过载比、应力比和两过载峰间循环载荷数对裂纹扩展速率、张开应力和疲劳寿命的影响。 |
| 作者： | 李逸候 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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