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考虑累积塑性的船体板低周疲劳裂纹扩展研究
| 论文题名： | 考虑累积塑性的船体板低周疲劳裂纹扩展研究 |
| 关键词： | 船体结构;低周疲劳;裂纹扩展;累积塑性;残余应力 |
| 摘要： | 随着现代化机械船舶飞速发展的过程中，船体结构受力越来越复杂多样，低周疲劳问题日渐凸显，船舶长时间在海浪中航行，在循环载荷的作用下，局部结构容易受到超过其屈服极限的载荷，短时间的作用内就会产生塑性应变，随着航行时间的增加，形成累积塑性应变促使裂纹的萌生和扩展，最终会导致船体结构的破坏。因此低周疲劳问题导致的裂纹萌生和扩展以及船体结构的破坏和损伤，是目前船舶发展变化过程中一个不可忽视的问题，而目前考虑裂纹扩展导致的结构破坏的研究大都停留在线弹性范围内，实际低周疲劳问题带来的则是弹塑性变形，研究由于考虑到低周疲劳问题的时间历程也多是一次性破坏或者高周疲劳为主，本文则利用有限元方法通过参数化建模，探讨累积塑性影响下的多裂纹扩展问题，结合裂纹扩展中的累积塑性应变和残余应力，从裂纹闭合效应的角度，做了以下几个方面的工作： （1）对累积塑性导致裂纹扩展的研究发展历程进行总结和归纳，为后续解决低周疲劳问题提供理论基础和依据，系统的阐述了裂纹相关参数的意义。 （2）利用有限元软件ABAQUS建立了两种多裂纹板的模型，孔边双裂纹和共线多裂纹，动态的模拟了循环载荷作用下的裂纹扩展历程，通过沿裂纹面残余应力的演化和累积塑性应变的走势，验证了裂纹扩展中累积塑性的影响机理，为后续进一步研究裂纹的萌生和扩展导致的船体结构破坏提供相应的支持。 （3）利用CTOD理论并探讨了多裂纹扩展过程中，多裂纹扩展速率的大小，实验通过不同的应力比和板厚，发现了中心裂纹与边裂纹的扩展规律。即长裂纹会对短裂纹有抑制作用，边裂纹较中心裂纹更容易扩展。 （4）分析了不同过载比下多裂纹与单裂纹的闭合参数和裂尖应力场变化情况，研究表明多边裂纹过载迟滞现象较单裂纹更明显且过载瞬间裂尖附近会产生更大的拉应力，说明相邻裂纹会导致扩展裂纹尖端应力集中更严重。 （5）利用累积塑性应变率计算出多裂纹船体板的低周疲劳寿命，结合不同应力比发现多裂纹的扩展寿命要比单裂纹的扩展寿命更长，说明多裂纹对应力比的变化更为敏感，应力比越大，多裂纹扩展寿命增长的越大。 |
| 作者： | 孙辉 |
| 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： | 2021 |
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