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基于断裂力学的船体加筋板疲劳评估方法研究

作　者: 李鹏
导　师: 冯国庆
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 船舶结构疲劳应力强度因子加筋板有限元裂纹扩展
分类号: U661.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构的主要失效形式之一,疲劳断裂力学已经成为工程结构强度和可靠性分析的必要工具。本文基于裂纹扩展理论,研究了船体结构中加筋板的应力强度因子变化规律及疲劳裂纹扩展寿命,希望能为进一步完善船舶结构疲劳寿命评估做参考。本论文完成的主要工作有：1、介绍了基于断裂力学的疲劳评估方法,包括有效应力强度因子的求解,疲劳裂纹扩展速率模型,断裂判据等。2、分别采用基于ANASYS的有限元方法和理论计算方法求解应力强度因子,对比计算结果,验证了有限元方法计算应力强度因子的准确性。3、主要分析了含裂纹损伤的有限加筋板边界效应对裂纹尖端应力强度因子的影响,得到裂纹尖端应力强度因子随结构尺寸改变的变化规律,研究了加筋板止裂特性。4、针对某目标船典型加筋板,考虑筋对应力强度因子的影响,通过获得的随机海况下的应力时历计算其疲劳寿命,并与不考虑筋影响的疲劳寿命进行对比,结果表明筋条具有较好的止裂和提高结构承载力的作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 裂纹扩展理论国内外研究现状  10-12
    1.2.1 应力强度因子的计算  10-11
    1.2.2 裂纹扩展速率模型  11-12
  1.3 本文的主要工作  12-13
第2章断裂力学理论基本介绍  13-36
  2.1 概述  13
  2.2 疲劳破坏机理  13-16
    2.2.1 裂纹的分类  13-14
    2.2.2 疲劳破坏的一般规律  14-16
  2.3 应力强度因子计算方法讨论  16-23
    2.3.1 经验公式法  16-18
    2.3.2 有限元法  18-20
    2.3.3 权函数法  20-23
  2.4 疲劳裂纹扩展速率模型  23-25
    2.4.1 Paris-Erdogan模型  24
    2.4.2 Forman模型  24-25
  2.5 疲劳裂纹闭合模型  25-28
    2.5.1 Newman模型  26-27
    2.5.2 Willenberg模型  27-28
  2.6 影响裂纹扩展的其它参量  28-30
    2.6.1 应力强度因子范围门槛值  29
    2.6.2 裂纹初始状态  29-30
    2.6.3 焊接残余应力  30
  2.7 断裂判据  30-35
    2.7.1 K判据  30-31
    2.7.2 G判据  31-32
    2.7.3 COD准则  32-33
    2.7.4 J积分准则  33-34
    2.7.5 几种断裂判据的关系比较  34-35
  2.8 本章小结  35-36
第3章有限加筋板结构尺寸对应力强度因子的影响  36-48
  3.1 概述  36
  3.2 基于ANSYS的有限元法求解应力强度因子的准确性验证  36-40
    3.2.1 ANSYS求解有限板应力强度因子  37-38
    3.2.2 理论计算方法求解有限板应力强度因子  38-40
    3.2.3 两种方法计算应力强度因子的比较分析  40
  3.3 有限加筋板应力强度因子的分析与计算  40-46
  3.4 本章小结  46-48
第4章实船加筋板疲劳裂纹扩展寿命计算  48-62
  4.1 概述  48
  4.2 有限元模型  48-51
    4.2.1 坐标系  48
    4.2.2 单元网格  48-49
    4.2.3 模型范围  49-50
    4.2.4 材料参数  50
    4.2.5 有限元模型细化方法探讨  50-51
  4.3 载荷及应力时历的确定  51-55
    4.3.1 水压的计算  51-53
    4.3.2 货物压力的计算  53-54
    4.3.3 非规则波中的应力时历计算  54-55
    4.3.4 边界条件及约束  55
  4.4 应力插值方式  55-56
  4.5 裂纹扩展寿命的计算  56-61
    4.5.1 材料参数  56-57
    4.5.2 初始裂纹尺寸  57
    4.5.3 裂纹扩展寿命计算分析  57-61
  4.6 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  68-69
致谢  69

基于断裂力学的船体加筋板疲劳评估方法研究

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