原文传递
海洋平台裂纹损伤柱壳的仿真方法及结构特性研究
| 论文题名： | 海洋平台裂纹损伤柱壳的仿真方法及结构特性研究 |
| 关键词： | 海洋平台;裂纹损伤柱壳;结构特性;仿真模型 |
| 摘要： | 海洋平台作为海洋开发的物理支撑平台,其结构的承载能力及安全性能成为全世界各国专家所关注的焦点。本文立足对海洋平台的重要组成构件--圆柱壳,在结构损伤的条件下,使用两种不同的方法,对圆柱壳的承载能力特性进行系列分析、计算,为快速、准确预报含裂纹损伤的海洋平台总体结构性能打下了一定基础。 首先,介绍了基于半膜理论及Dugdale模型所得出的裂纹远离圆柱壳端部时圆柱壳弹塑性解析解的相关结果,对该结果进行微分增量形式的过程推导,得出了裂纹处于不同阶段状态下,裂纹截面附加位移与载荷之间的矩阵关系,进而形成了裂纹单元刚度矩阵形式,为有限元集成计算提供了高效的裂纹单元接口。利用该增量矩阵形式得出了一系列结论,包括裂纹长度随圆柱壳临界CTOD与临界CTOA特性对裂纹扩展长度的影响关系以及裂纹附加位移与不同载荷之间的关系曲线等。 其次,采用同裂纹位于远离圆柱壳端部类似的方法,通过对裂纹位于固定端的相关弹塑性结果进行增量求导,得出了不同阶段下的附加位移载荷的增量裂纹单元刚度矩阵形式,形成了新的裂纹单元接口形式。同时,结合一定的数值计算处理方法进行编程,计算出了该状态下裂纹扩展与载荷以及附加位移与载荷之间关系曲线图,并与裂纹位于圆柱壳中间的情况进行了对比,探讨了二者之间的相互关系。 此外,利用大型有限元仿真软件 ANSYS,探索了一种基于临界 CTOD与临界CTOA的仿真方法。具体包括对裂纹网格的划分技巧、裂纹尖端位移的仿真处理方法、裂纹扩展仿真与裂纹扩展过程中加载流程方案等。通过此方法,基于一简支圆柱壳模型进行计算,得出了不同状态下圆柱壳各部位的应力分布情况、CTOD随外载之间的关系曲线、位移载荷曲线图等。 通过编程将上述裂纹单元与圆柱壳梁单元进行组装、有限元集成,进而用于实际的加载变形计算中。文章分析了不同裂纹长度下圆柱壳的初始刚度,得出了初始刚度与裂纹长度之间的关系,同时将同长度裂纹下的初始刚度与实验裂纹扩展中的刚度进行对比,探讨了用初始刚度推导扩展中刚度的方法;另外,也得到了位移与外载之间的关系曲线等结果。将此种方法与ANSYS仿真的相关结果进行对比分析,验证了裂纹单元的准确性及高效性。 最后,通过对本文所采用的相关理论的局限性进行探讨分析,同时对在具体编程与大型有限元软件仿真过程中的一些处理方法进行研究,指出了其中了一些不足之处,从而为将来的进一步工作指明了方向。 |
| 作者： | 熊雄 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计与制造 |
| 导师： | 赵耀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
