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江海直达船典型节点三维复合疲劳裂纹扩展特性研究
| 论文题名： | 江海直达船典型节点三维复合疲劳裂纹扩展特性研究 |
| 关键词： | 江海直达船;船体结构;裂纹扩展;疲劳强度 |
| 摘要： | 江海直达船对长江航道体系的建立有着重要的意义，其给长江航道运输体系带来优势与便捷的同时，也存在着诸多需要进一步研究并解决的关键技术问题，其中如何准确评估宽扁肥大型江海直达船结构的疲劳强度，研究并掌握该船型典型节点疲劳裂纹扩展特性非常重要。本文基于特定航线江海直达船的航线载荷特征和结构特点，采用模型试验和数值仿真相结合的方法，探讨了恒幅载荷和变幅载荷作用下Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹扩展特性，重点分析了考虑Ⅱ型裂纹和“一大一小”两级交变载荷对节点疲劳裂纹扩展的影响，以期为江海直达船舶船体结构疲劳寿命精细化评估方法的建立提供理论基础和科学依据。本文的主要研究工作和研究结论如下： （1）为揭示恒幅载荷和变幅载荷作用下Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹扩展特性，分析并开展了考虑Ⅱ型裂纹以及江段小载荷影响的标准拉伸CTS试件裂纹扩展试验研究工作。从裂纹扩展路径、速率和裂纹断面微观形貌三个方面进行深入的分析，以探究Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹与载荷幅值变化共同对裂纹扩展的影响。 （2）通过试验数据拟合出不同工况下Paris公式常数。从等效应力强度因子、Paris公式常数??和??的角度进行分析，从本质上揭示了Ⅱ型裂纹以及小载荷对裂纹扩展速率、路径产生影响的原因。并以此为基础，采用FRANC3D和ABAQUS联合仿真方法，对考虑Ⅱ型裂纹以及江段小载荷影响下的CTS试件裂纹扩展进行数值仿真模拟。从裂纹扩展速率和裂纹扩展路径两方面，对比试验与数值仿真结果，验证数值仿真方法的准确性，为江海直达船船体结构典型节点裂纹扩展特性研究提供科学依据和技术手段。 （3）以某特定航线江海直达船船体结构纵骨穿舱节点为研究对象，对裂纹进行分析讨论，从裂纹附近应力场分布的角度，证明纵骨穿舱节点存在Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹扩展。通过前文建立的考虑Ⅱ型裂纹以及小载荷影响下的裂纹扩展数值仿真方法，对典型纵骨穿舱节点开展研究，模拟出不同工况下纵骨穿舱裂纹扩展路径和裂纹扩展速率，定量的得到Ⅱ型裂纹和小载荷对纵骨穿舱裂纹扩展寿命增益程度，为江海直达船船体结构疲劳寿命精细化评估方法的建立提供理论基础和科学依据。 |
| 作者： | 张淞 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 吴卫国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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