【摘要】：通過計算疲勞裂紋擴展來評估船舶、海洋工程疲勞強度及剩余壽命是當前研究的一個熱點。對于海洋結(jié)構(gòu)物,由于循環(huán)周次較高,疲勞裂紋擴展的計算成本很高,某種程度上阻礙了該理論的廣泛應用。本文嘗試將數(shù)值積分的方法應用到疲勞裂紋擴展壽命的計算中,推出一些高階的計算方法來減少計算步數(shù)。此外,采用自編的疲勞裂紋擴展程序?qū)ψV分析下的疲勞裂紋擴展進行了初探,具體包括以下幾部分。首先針對平穩(wěn)隨機載荷,對考慮了應力比和門檻值的改進Paris公式,通過數(shù)學期望的計算,推導了一種新的疲勞裂紋擴展計算表達式。并在此基礎(chǔ)上提出應用高階數(shù)值計算方法。通過數(shù)值實驗對比發(fā)現(xiàn):高階算法的步長相比歐拉法步長可以取的更大,而計算精度還可以更高。由于載荷次序會對疲勞裂紋擴展壽命有一定的影響,進一步研究將數(shù)值積分方法應用在考慮載荷次序的疲勞裂紋擴展模型中。結(jié)合單一曲線模型提出逐周積分(CBC)和數(shù)值計算方法(歐拉法、梯形法、3階龍格庫塔法)相結(jié)合的計算格式。應用在表面裂紋的疲勞裂紋擴展計算中,通過和常規(guī)CBC計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn):隨著步數(shù)增加,三種數(shù)值計算方法都可以達到較高精度;相比歐拉法,高階計算方法的步長可以取的更大,而計算精度還可以更高。在實際結(jié)構(gòu)中,由于邊界條件往往比較復雜,這種情況下采用有限元計算斷裂參數(shù)進而模擬疲勞裂紋擴展得到較為廣泛的認可。本文基于ANSYS和MATLAB開發(fā)出裂紋擴展模擬程序。該程序結(jié)合ANSYS參數(shù)化建模語句(APDL)和MATLAB數(shù)值計算的優(yōu)點,使用逐步重新劃分網(wǎng)格技術(shù)來實現(xiàn)裂紋的擴展計算。該程序可以實現(xiàn):a)穿透裂紋任意路徑擴展模擬;b)橢圓/半橢圓裂紋平面內(nèi)的準三維裂紋擴展模擬。結(jié)合譜分析提出一種更為合理的疲勞裂紋擴展計算方式。因為某一裂紋尺寸下,同樣大小的應力傳遞函數(shù),可能對應不同的應力強度因子(SIF),進而導致應力譜方法不能較為準確的計算疲勞裂紋擴展。文中提出通過SIF傳遞函數(shù)與海浪譜得到SIF短期分布,由諸多短期SIF分布和改進Paris公式來計算疲勞裂紋擴展的壽命,為譜分析和斷裂力學結(jié)合提供了一個新思路。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P75
【圖文】：

亦即著名的 Paris 公式，見式 2-2、圖 2-1。 = ( ) Paris 常數(shù)，m 為 Paris 指數(shù)。為依賴于材料的參數(shù)。

圖 2- 3 裂紋結(jié)構(gòu)示意圖 （左：穿透裂紋；右：T 型接頭表面裂紋）g.2- 3 Schematic diagram of structure with crack (left: through-thickness crack; right:T butt with surface crack).2 算法正確性驗證

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2734957