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载荷次序效应对海洋结构物疲劳裂纹扩展影响研究

作　者: 徐晓冬
导　师: 崔维成
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 疲劳裂纹扩展海洋结构物载荷次序等效应力强度因子范围
分类号: U661.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 79次
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内容摘要

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构主要的失效形式之一。随着高强度钢的采用,船舶重量的减轻,结构尺寸的减小,船舶结构应力水平的提高,使得船舶结构的疲劳强度问题日益突出。因此,船舶结构的疲劳破坏越来越被造船界所关注,并在船舶结构设计中予以考虑。目前,对于民船,世界各主要船级社,如德国劳氏船级社(GL)、美国船级社(ABS)、挪威船级社(DNV)、法国船级社(BV)等都建立了各自的疲劳校核方法。各种方法既有共同之处,又有差异,本文通过比较三大主要船级社DNV、BV和LR的疲劳校核简化计算法,找出其共同点及差异,并结合800客滚装客船结构细部疲劳分析项目计算实例,探讨在特殊情况下,借鉴不同船级社疲劳校核方法完成疲劳校核的可能性。更重要的是,通过对疲劳规范校核方法的对比研究和实例计算,找出规范校核方法的局限性,从而提出引入基于断裂力学的方法的必要性。载荷次序效应对海洋结构物疲劳寿命有显著的影响。为了准确预测真实的疲劳寿命,很多学者已经对载荷次序效应进行了大量研究。本文归纳了载荷次序效应研究的发展过程、特别是对各种考虑了载荷次序效应的疲劳裂纹扩展模型以及其发展趋势进行了总结。在此基础上,本文对前人提出的疲劳裂纹扩展模型进行改进,提出了一种能描述疲劳裂纹扩展三个阶段的计算模型,并给出了一种确定β形状参数的方法。模型应用改进的Wheeler方法考虑变幅载荷的影响,通过7075-T6铝合金和某高强度钢的疲劳实验数据拟合得到公式中的相关常数。并与另一种双参数疲劳裂纹扩展模型进行比较,对另外一组实验中7075-T6铝合金以及某高强度钢在变幅载荷作用下的疲劳裂纹扩展进行预报。最后,本文对海洋工程结构物的疲劳裂纹扩展进行实例计算,以验证模型的正确性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-20
  1.1 疲劳破坏的严重性  12
  1.2 疲劳强度校核方法  12-14
  1.3 载荷次序效应基本概念  14-15
  1.4 载荷次序效应研究的发展过程  15-18
  1.5 本文研究方法及内容  18-20
第二章船舶疲劳寿命规范校核方法  20-50
  2.1 规范疲劳校核方法的基本原理  20
  2.2 DNV 规范疲劳校核公式  20-24
    2.2.1 DNV 疲劳校核公式  20
    2.2.2 DNV 疲劳校核公式相关参数  20-21
    2.2.3 DNV 疲劳累积损伤计算  21-22
    2.2.4 Weibull 分布参数的选取  22
    2.2.5 使用双斜率S-N 曲线时对累积损伤的修正  22-23
    2.2.6 考虑厚度因素影响对累积损伤的修正  23
    2.2.7 考虑腐蚀影响对疲劳寿命的修正  23-24
  2.3 BV 规范疲劳校核公式  24-26
    2.3.1 BV 累积损伤度计算  24-25
    2.3.2 Weibull 分布参数的选取  25
    2.3.3 使用双斜率S-N 曲线时对累计损伤的修正  25-26
    2.3.4 考虑厚度因素影响对累积损伤的修正  26
    2.3.5 考虑其他因素对累积损伤的修正  26
  2.4 BV 与DNV 规范疲劳校核公式的比较  26-30
    2.4.1 BV 与DNV 规范疲劳校核公式相同点  26-27
    2.4.2 BV 与DNV 规范疲劳校核公式差异  27-30
  2.5 BV 与DNV 规范简化疲劳载荷对照  30-31
    2.5.1 BV 与DNV 规范简化疲劳载荷相同点  30
    2.5.2 BV 与DNV 规范简化疲劳载荷差异  30-31
  2.6 疲劳强度分析实例  31-48
    2.6.1 概述  31-32
    2.6.2 简化疲劳载荷施加方法  32-37
    2.6.3 疲劳校核方法  37-40
    2.6.4 校核准则  40
    2.6.5 疲劳校核结果  40-48
  2.7 疲劳规范校核方法的局限性  48-49
  2.8 本章小结  49-50
第三章载荷次序效应问题的研究  50-58
  3.1 载荷次序效应研究的必要性  50-51
  3.2 载荷次序效应对裂纹扩展产生影响的原因  51-52
  3.3 考虑载荷次序效应的疲劳计算理论模型  52-57
    3.3.1 修正的线性累积损伤模型  52
    3.3.2 修正的疲劳裂纹扩展模型  52-57
    3.3.3 其它计算模型  57
  3.4 本章小结  57-58
第四章考虑载荷次序效的疲劳裂纹扩展模型  58-79
  4.1 疲劳裂纹扩展模型  58-59
    4.1.1 改进的疲劳裂纹扩展模型  58-59
    4.1.2 双参数疲劳裂纹扩展模型  59
  4.2 定幅载荷作用下的实验数据  59-60
    4.2.1 7075-T6 铝合金  59-60
    4.2.2 高强度钢  60
  4.3 疲劳裂纹扩展计算模型中实验常数拟合  60-69
    4.3.1 7075-T6 铝合金  60-66
    4.3.2 高强度钢  66-69
  4.4 疲劳裂纹扩展模型检验以及对载荷次序作用下实验数据的预报  69-78
    4.4.1 载荷次序作用下的实验数据  69-71
    4.4.2 考虑变幅载荷的疲劳裂纹扩展模型  71-74
    4.4.3 7075-T6 铝合金在超载作用下疲劳裂纹扩展的预报结果  74-76
    4.4.4 高强度钢在超载作用下下疲劳裂纹扩展的预报结果  76-78
  4.5 本章小结  78-79
第五章海洋结构物的疲劳裂纹扩展计算实例  79-90
  5.1 概述  79-83
    5.1.1 背景介绍  79
    5.1.2 试件主尺度  79-80
    5.1.3 疲劳试验布置  80-83
  5.2 疲劳实验材料  83-84
  5.3 疲劳裂纹扩展计算  84-88
    5.3.1 疲劳裂纹扩展有限元模型  84-85
    5.3.2 疲劳外载荷施加情况  85-86
    5.3.3 裂纹尖端应力强度因子确定  86-88
  5.4 疲劳裂纹扩展预报结果及误差分析  88-89
  5.5 本章小结  89-90
第六章全文总结  90-92
  6.1 主要结论  90-91
  6.2 研究展望  91-92
参考文献  92-96
符号与标记（附录1）  96-98
致谢  98-99
攻读硕士学位期间已发表论文情况  99-102
上海交通大学硕士学位论文答辩决议书  102

载荷次序效应对海洋结构物疲劳裂纹扩展影响研究

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