基于斷裂力學(xué)的船體結(jié)構(gòu)CTOD研究.pdf

1、近年來(lái)，船舶的大型化發(fā)展已成主流趨勢(shì)，在長(zhǎng)期航行過(guò)程中船體受到反復(fù)的交變外載荷，船體結(jié)構(gòu)的低周疲勞斷裂頻繁發(fā)生，成為船舶向大型化道路發(fā)展中急需解決的重要問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，裂紋尖端張開(kāi)位移（CTOD）應(yīng)用的局限性較少，不僅能夠用于彈塑性情況也可應(yīng)用于大范圍屈服和全面屈服情形，更能應(yīng)用于線彈性裂紋的擴(kuò)展中。因此，基于斷裂力學(xué)的船體結(jié)構(gòu)CTOD分析能夠更為符合實(shí)際地評(píng)估船體結(jié)構(gòu)的低周疲勞斷裂。本文基于斷裂力學(xué)對(duì)船體結(jié)構(gòu)CTOD開(kāi)展理論及數(shù)值分析

2、研究，將裂紋尖端張開(kāi)位移（CTOD）應(yīng)用于彈塑性斷裂理論分析。研究結(jié)果可以更確切地分析評(píng)估船體在極值海況下的低周疲勞破壞，是疲勞強(qiáng)度理論分析與應(yīng)用上的一個(gè)發(fā)展，為正確預(yù)報(bào)船體結(jié)構(gòu)的低周疲勞提供更為先進(jìn)的理論依據(jù)及可靠的分析計(jì)算方法。本文主要工作：
　　1)充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理及理論模型，從斷裂力學(xué)的角度進(jìn)行研究，選取適合船體結(jié)構(gòu)彈塑性斷裂的數(shù)學(xué)物理模型，從而突破和改變長(zhǎng)久以來(lái)船體結(jié)構(gòu)疲勞問(wèn)題研究很少涉及彈塑性研究分析

3、的現(xiàn)狀。采用CTOD作為控制參量應(yīng)用于船體結(jié)構(gòu)彈塑性分析中，為更加準(zhǔn)確地分析其強(qiáng)度提供理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。
　　2)在一次靜載條件下，對(duì)于船體結(jié)構(gòu)的彈塑性斷裂，基于斷裂力學(xué)理論，結(jié)合Dugdale模型疊加原理，應(yīng)用卡式定理建立CTOD理論分析模型，為進(jìn)一步研究分析船舶加筋板斷裂破壞及承載力提供了依據(jù)。
　　3)使用有限元模擬軟件 ANSYS對(duì)含初始裂紋的船體加筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，計(jì)算了筋、板相對(duì)剛度不同的情況下含裂紋的船

4、舶加筋板結(jié)構(gòu)中板材在一次靜載下中心穿透裂紋尖端CTOD隨裂紋長(zhǎng)度及外載荷變化的關(guān)系。彌補(bǔ)現(xiàn)有有限元程序在CTOD數(shù)值仿真方面的不足。
　　4)基于疲勞裂紋尖端循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)，結(jié)合 Chaboche循環(huán)塑性模型，用應(yīng)力強(qiáng)度因子作為參量表征裂紋尖端張開(kāi)位移，以裂尖擴(kuò)展方向上的循環(huán)塑性區(qū)尺寸作為疲勞過(guò)程區(qū)大小，建立了基于累積塑性應(yīng)變的船體板CTOD模型。此模型改進(jìn)了以前的學(xué)者建立的疲勞裂紋CTOD模型，涵蓋了循環(huán)塑性區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)彈塑性應(yīng)變