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基于BS7910的E47钢断裂失效评定及CTOD允许值研究
| 论文题名： | 基于BS7910的E47钢断裂失效评定及CTOD允许值研究 |
| 关键词： | 集装箱船;E47钢;BS7910规范;CTOD允许值;断裂失效 |
| 摘要： | 海洋工程装备作为我国战略性发展的新兴产业，逐渐成为海洋结构研究领域的重点课题，而提高海洋结构安全性检测水平是其中的关键环节。海洋工程结构破坏事故大多由于结构在恶劣条件下突然发生脆性断裂导致，因此结构用钢在服役前进行断裂失效评定流程显得尤为重要。 本文以集装箱船用钢E47为研究对象，依照BS7910：2013最新版失效评定规范内容，检测其母材以及焊接接头试样的抗断能力。基于“合于使用”原则，本文建立的结构断裂失效评定研究内容包括CTOD（裂纹尖端张开位移Crack Tip Opening Displacement）试验、有限元模拟、规范评定以及软件开发四个方面，同时提出基于此规范评定流程的CTOD允许值优化方法。具体研究内容如下： 1）分析CTOD试验的发展背景和BS7910规范的研究现状，验证CTOD试验是BS7910规范中测量结构用钢断裂韧度的最有效方法。基于CTOD试验的BS7910规范评定能使评定流程更加简洁和高效，且评定结果更加科学精确。 2）研究钢材低温韧性CTOD试验的测试流程，测量厚度为76mm的E47钢母材以及焊接接头结构试样的断裂韧度（ CTOD试验值）。分析与总结BS7910:2013最新版规范中修改内容，验证CTOD试验技术可以有效解决BS7910最新版规范中评定参数求解和评定试样选取等问题。 3）分析δ5法与断裂力学参数以及有限单元法的联系，阐述有限元法的基本原理。针对CTOD试验中脆性断裂的δu型试样，以CTOD试验数据为基础，利用有限元δ5法对其进行裂纹尖端参考应力求解，该过程可以完善规范内容中失效评定曲线（FAD图）上试样评估点横坐标应力比的求解方法。 4）将CTOD试验数据与有限元δ5法模拟结果代入BS7910规范中进行E47钢断裂失效评定，研究应力比修正对评定结果的影响程度。以母材、焊缝中心和热影响区三种类型中脆性断裂试样作为评定对象，根据一级评定流程得到横坐标应力比修正前后两种评定结果。研究修正后试样评估点位置变化和评定结果的改变情况，验证修正方案是否可以降低评定保守度。 5）为了解决各规范CTOD允许值差异等问题，本文将根据试样断裂失效评定结果建立求解特定试样CTOD允许值的计算方法。具体步骤是求解应力比修正前后特定试样临界断裂韧度比的改变量，由比值关系确定CTOD允许值优化量，根据规范中提供的CTOD标准量，求解修正后特定试样的CTOD允许值。 6）基于上述评定流程与CTOD允许值优化方法，开发和制定BS7910:2013规范一级评定的断裂失效评估软件，实现提高评定效率和简化分析流程等目的。 |
| 作者： | 吴南 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 苗张木 |
| 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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