【摘要】：隨著船舶向大型化發(fā)展,對結(jié)構(gòu)輕量化的要求日益提高,鋁合金材料因密度小(約為鋼的1/3)、強度高、耐腐蝕性能優(yōu)良而在船體結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。但相對鋼材材料來說,鋁合金材料船體結(jié)構(gòu)的疲勞性能研究較少,再加上鋁合金材料焊接前后性能差異較大,也給疲勞強度的評估帶來很大困難。目前,國內(nèi)外對鋁合金結(jié)構(gòu)的研究工作主要集中在標(biāo)準(zhǔn)試件、焊接接頭等小尺寸試件的試驗和數(shù)值仿真,對實尺度鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的疲勞性能極少有開展相關(guān)的疲勞試驗研究工作。本文針對實尺度鋁合金板架焊接結(jié)構(gòu)的疲勞及承載性能問題開展了一系列研究,得到了典型節(jié)點鋁合金板架的疲勞壽命-載荷曲線,揭示了焊接缺陷和焊接方式對鋁合金板架結(jié)構(gòu)承載性能的影響機理。首先,針對典型節(jié)點鋁合金板架結(jié)構(gòu)進行了極限承載能力的試驗研究,獲得了鋁合金板架結(jié)構(gòu)的極限承載能力。基于材料的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線及對應(yīng)于單元特征長度的失效應(yīng)變,對典型節(jié)點鋁合金板架結(jié)構(gòu)的極限承載能力進行了數(shù)值仿真分析,并與試驗結(jié)果進行了比較,結(jié)果吻合較好。接著,對鋁合金板架焊接結(jié)構(gòu)的焊縫進行了無損探傷檢測,并根據(jù)檢測結(jié)果按焊縫缺陷程度分成兩類。依據(jù)極限承載能力試驗結(jié)果將疲勞載荷分為3級,開展兩類鋁合金板架的疲勞試驗,獲得了兩類鋁合金板架的疲勞壽命及失效模式,闡明了焊接缺陷的存在對鋁合金板架疲勞壽命及失效模式的影響規(guī)律,得到了反復(fù)載荷作用下典型節(jié)點鋁合金板架的疲勞壽命-載荷曲線。最后,通過建立含不同焊接缺陷焊縫的局部有限元仿真分析模型,開展了含焊接缺陷局部結(jié)構(gòu)的靜力仿真分析,獲得了焊接缺陷對局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力場分布變化的影響規(guī)律,揭示了含焊接缺陷焊縫疲勞裂紋萌生的機理。同時通過數(shù)值仿真對三種焊接方式的極限承載能力進行了模擬,揭示了焊接方式對鋁合金板架結(jié)構(gòu)承載能力的影響規(guī)律。
【圖文】：

圖 1.1 油輪結(jié)構(gòu)裂紋(長度大于 1.8m)[14]圖 1.2 Castro 號油船甲板裂紋(長度大約 24m)[15]實船調(diào)查結(jié)果表明，船體結(jié)構(gòu)的疲勞強度是結(jié)構(gòu)設(shè)計和運營過程中必須注意的問題。疲勞控制的目標(biāo)是保證遭受疲勞動載荷的船體結(jié)構(gòu)有足夠的疲勞壽命，疲勞壽命的計算、校核相關(guān)疲勞損壞數(shù)據(jù)可以給出結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。進一步，它們可以形成船體結(jié)構(gòu)在制造和全運營壽命期內(nèi)的有效檢查程序。一般來說，船體結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的失效模式大致可分為四類[16]：（1）疲勞裂紋從焊趾擴展進母材，在船體焊接結(jié)構(gòu)中，這是一種常見的失效模式，如圖 1.3 所示；（2）疲勞裂紋從焊縫根部擴展貫通角焊縫，這是一種會導(dǎo)致嚴(yán)重后果的失效模式，如圖 1.4 所示；（3）疲勞裂紋從焊縫根部進入焊接下的剖面，這在結(jié)構(gòu)的運營壽命期內(nèi)、疲勞試驗中都可觀察到，如圖 1.5 所示；（4）疲勞裂紋起始于非焊接節(jié)點的自由邊，，在母材中的疲勞裂紋是一種具有高應(yīng)力循環(huán)次數(shù)構(gòu)件的失效模式，如圖 1.6 所示。

圖 1.1 油輪結(jié)構(gòu)裂紋(長度大于 1.8m)[14]圖 1.2 Castro 號油船甲板裂紋(長度大約 24m)[15]實船調(diào)查結(jié)果表明，船體結(jié)構(gòu)的疲勞強度是結(jié)構(gòu)設(shè)計和運營過程中必須注意的問題。疲勞控制的目標(biāo)是保證遭受疲勞動載荷的船體結(jié)構(gòu)有足夠的疲勞壽命，疲勞壽命的計算、校核相關(guān)疲勞損壞數(shù)據(jù)可以給出結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。進一步，它們可以形成船體結(jié)構(gòu)在制造和全運營壽命期內(nèi)的有效檢查程序。一般來說，船體結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的失效模式大致可分為四類[16]：（1）疲勞裂紋從焊趾擴展進母材，在船體焊接結(jié)構(gòu)中，這是一種常見的失效模式，如圖 1.3 所示；（2）疲勞裂紋從焊縫根部擴展貫通角焊縫，這是一種會導(dǎo)致嚴(yán)重后果的失效模式，如圖 1.4 所示；（3）疲勞裂紋從焊縫根部進入焊接下的剖面，這在結(jié)構(gòu)的運營壽命期內(nèi)、疲勞試驗中都可觀察到，如圖 1.5 所示；（4）疲勞裂紋起始于非焊接節(jié)點的自由邊，在母材中的疲勞裂紋是一種具有高應(yīng)力循環(huán)次數(shù)構(gòu)件的失效模式，如圖 1.6 所示。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U661.4

【參考文獻】

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本文編號：2624773