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大型船用构件力学性能测试平台关键零部件疲劳寿命分析
| 论文题名： | 大型船用构件力学性能测试平台关键零部件疲劳寿命分析 |
| 关键词： | 船用构件;力学性能;测试平台;疲劳寿命;有限元分析 |
| 摘要： | 12MN船用构件力学性能测试平台(以下简称平台)作为船舶舾装装备工程实验中心的主要设备之一,对于提升我国船舶舾装装备的关键生产工艺,加强新材料、新技术的研究和开发有着重要意义。对其进行疲劳强度与寿命分析,不仅有助于掌握平台的可靠性与使用寿命,及时发现薄弱环节,而且还可以降低制造成本,减少不必要的材料浪费,为以后类似大型产品的疲劳设计作为参考。 本文以近代力学理论、疲劳强度理论、有限元理论为基础,以有限元软件ABAQUS和疲劳分析软件MSC.Fatigue为主要手段对该平台进行有限元分析与疲劳寿命估算。具体研究内容如下: (1)对平台关键零部件各种工况进行静态力学分析,将子模型法应用到大型设备的有限元计算当中,为下面的疲劳裂纹估算提供数值条件。 (2)采用局部应力应变法,提出了平台疲劳裂纹萌生寿命的计算方法及步骤,并利用数学统计的方法编制了平台的载荷谱;利用疲劳分析软件MSC.fatigue计算出了关键零部件疲劳裂纹萌生寿命,并将疲劳降低系数与疲劳裂纹萌生寿命进行关联对比,研究两者的关系。 (3)采用断裂力学相关理论对关键零部件疲劳裂纹扩展进行分析,并利用基于应力的外推法计算出关键零部件的应力强度因子;最后根据Paris公式的推导形式,利用Matlab工具编程,最终计算出关键零部件的疲劳裂纹扩展寿命。 研究表明:平台在使用过程中局部产生会应力集中,有限元子模型法可以有效解决大型设备有限元分析时的困难。由于在疲劳破坏的情况下,没有明显的塑性变形和载荷的重新分配,局部应力集中处疲劳强度较低;疲劳降低系数是影响疲劳裂纹萌生寿命的重要因素;疲劳裂纹在一定条件下才会发生扩展,即应力循环下的最大与最小应力之差决定裂纹是否扩展;关键零部件的裂纹扩展寿命远远小于裂纹萌生寿命,需要制定合理的检修制度,来避免关键零部件在使用过程中裂纹的急剧扩展。 |
| 作者： | 李永华 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 潘宝俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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