基于断裂力学的船舶典型节点疲劳寿命预报
船舶持续处于交变波浪载荷的作用下，且船舶典型节点处多存在较大的应力集中，使得船舶典型节点存在着比较严重的疲劳问题，而目前针对该处疲劳问题的断裂力学研究还比较少。因此，论文以船舶典型节点为研究对象，用断裂力学方法对其疲劳特性进行研究。 目前，针对船舶疲劳问题，应用较为广泛的是基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论的疲劳强度校核方法。该方法起源较早，简单实用，有丰富的实验基础。但该方法并没有对疲劳现象和机理做出合理的解释，而基于断裂力学的疲劳寿命预报方法逐步对疲劳有关现象和机理做出了回答。但是，断裂力学法起步较晚，仍有许多问题有待解决，特别是涉及到船舶结构的工程应用。 对裂纹进行表征的量有强度因子(SIF)，J积分和裂纹尖端张开位移(COD)等，几种方法各有优劣，但在一定条件下可以相互转换。由于在计算疲劳寿命时，应用最广泛的是裂纹扩展率与SIFR之间的关系，论文选择S IFR作为计算疲劳寿命的参数。 为了进一步完善船舶疲劳损伤评估方法，本文基于断裂力学对船舶典型节点疲劳寿命的预报方法进行研究。研究内容主要包括裂纹尖端应力强度因子计算、裂纹扩展路径和扩展速率等。在计算船舶典型节点应力强度因子时，选择了有限元软件 ANS YS，基于该软件运用五点法对船舶典型节点的SIF进行计算。随后，对三维单元和复杂载荷情况下，数据的处理方法给出了说明。在讨论裂纹的扩展路径时，使用了确定裂纹扩展方向的简化算法，最后通过比较证明了该方法的可行性。对于裂纹的扩展速率，以单一曲线模型为基础，考虑了应力比和载荷次序效应等多种因素的影响，并使用逐周迭代法进行疲劳寿命的预报。 最后，为了验证该方法的可行性，对船舶肘板处的单裂纹和双裂纹进行了疲劳寿命的评估，结果和试验符合较好。 为了验证论文中提出的用于计算疲劳寿命评估方法的适用性，同时考虑载荷次序效应对裂纹扩展速率的影响，对潜艇锥柱结合壳处的疲劳寿命进行了详细的分析和计算。计算中，通过 Matlab生成一组服从Weibull分布的随机载荷，对这组随机载荷进行了多种排列处理，得出了载荷次序效应影响的相关结论。 通过本文的研究，为基于断裂力学的船舶典型节点疲劳寿命评估方法的工程应用开阔了思路。
船舶节点;疲劳寿命;断裂力学;损伤评估
上海交通大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
黄小平
2011
中文
U661.43
88
2015-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）