海洋工程用鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)研究及有限元分析.pdf

1、海洋工程結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且其工作環(huán)境也非常惡劣,當(dāng)海洋工程結(jié)構(gòu)局部萌生了疲勞裂紋,在一定的疲勞裂紋的擴(kuò)展速率的情況下,疲勞裂紋擴(kuò)展會(huì)對海洋工程結(jié)構(gòu)造成一定破壞,這就需要研究怎樣保證海洋工程的結(jié)構(gòu)安全。因此研究海工用鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率是很有意義。本文的研究內(nèi)容分為四部分:
　　(1)關(guān)于海工用鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)研究(第二章);
　　(2)關(guān)于海工用鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率與斷裂韌性CTOD的關(guān)系(第三章);
　　(

2、3)是關(guān)于海工用鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率的有限元分析(第四章);
　　(4)是關(guān)于基于FRANC2D/L的海工用鋼疲勞裂紋擴(kuò)展細(xì)觀研究。海工用鋼具有厚度大,強(qiáng)度高,疲勞性能要求高等特點(diǎn),本文選取具有代表性的海工用鋼EH40鋼作為研究對象。
　　首先,本文分析得到確定疲勞裂紋擴(kuò)展載荷的公式,對海工用鋼EH40進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),將規(guī)范中的七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式法修改成五點(diǎn)遞增多項(xiàng)式法,并編程對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到疲勞裂紋擴(kuò)展速率公式

3、。結(jié)果表明:EH40鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率在疲勞裂紋擴(kuò)展的中速區(qū)。
　　其次,本文在疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)中測得裂紋嘴張開位移CMOD,通過轉(zhuǎn)換得到CTOD,并計(jì)算了CTOD和疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN之間的關(guān)系式。同時(shí)進(jìn)行了CTOD低溫韌性試驗(yàn),通過斷口分析了預(yù)制疲勞裂紋擴(kuò)展速率與斷裂韌性CTOD的關(guān)系。結(jié)果表明疲勞裂紋擴(kuò)展速率與斷裂韌性成反比關(guān)系。
　　然后,本文通過虛擬裂紋閉合法(VCCT)和FRANC2D/L軟件兩種有限

4、元方法模擬了疲勞裂紋擴(kuò)展速率,結(jié)果表明有限元模擬得到的值與試驗(yàn)值基本吻合,有限元模擬疲勞裂紋擴(kuò)展速率具有良好的精度。最后,基于耦合內(nèi)聚力模型(CCZM)理論,本文通過FRANC2D/L軟件對兩種尺寸的海工用鋼EH40鋼的多晶體模型,在九種邊界條件下分析了晶體界面裂紋的形成和擴(kuò)展。同時(shí)也分析了含有夾雜顆粒多晶體界面和疲勞載荷作用下多晶體界面的疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展。
　　結(jié)果表明:宏觀疲勞裂紋擴(kuò)展在某一程度上是細(xì)觀條件下晶體界面的損傷