疲劳裂纹扩展速率的厚度效应研究

《疲劳裂纹扩展速率的厚度效应研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目疲劳裂纹扩展速率的厚度效应研究英文InvestigationonThicknessEffectof题目FatigueCrackGrowthRate研究生姓名董岩姓名乐京霞职称副教授学位博士指导教师单位名称交通学院邮编430063姓名吴卫国职称教授学位硕士副指导教师单位名称交通学院邮编430063申请学位级别硕士学科专业名称船舶与海洋结构物设计制造论文提交日期2014-04论文答辩日期2014-05学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年05月万方数据独

2、创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文

3、）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期：万方数据武汉理工大学硕士学位论文摘要随着船舶与海洋工程结构物的深海化、大型化，厚钢板的应用日益广泛，在不考虑厚钢板焊接引起的缺陷情况下，厚钢板本身的疲劳强度问题就令人担忧。疲劳裂纹扩展速率（FCGR）

4、方法被认为是下一代预测结构物疲劳寿命的方法，然而，人们通过FCGR试验发现，试件厚度越大，FCGR越高。因此，研究FCGR的厚度效应，对于避免结构物疲劳寿命被低估有重要工程应用价值。本文的厚度效应，是指在穿透裂纹前缘，由于不同厚度位置应力状态不同，而导致FCGR存在差异的现象。随钢板厚度的增加，厚度效应的具体表现是，厚度范围内平面应变主导区域变大，总体的FCGR就会增加，趋向于平面应变状态的FCGR。本文将通过试验和有限元分析相结合的方法对此效应进行研究，主要研究内容及结果如下：1）对高强钢Q370qE三个相同尺寸试件进行

5、了基于标准的FCGR试验，得到了疲劳裂纹扩展的门槛值ΔKth及Paris公式中两个材料参数C和m。试验数据显示，当疲劳载荷的Pmax接近标准规定的最大载荷时，试件两表面的裂纹长度差值减小。指出了一些标准试验方法中的不足之处。2）以平面裂纹，三维直线穿透裂纹，三维曲线形式穿透裂纹为研究对象，运用有限元方法求解断裂力学参数，分别对模型网格大小，平面应力状态模型厚度，应力强度因子、局部约束因子等参数计算方法及结果进行了讨论。在计算曲线形式裂纹应力强度因子和局部约束因子时，研究了非正交网格对这两个参数的影响，并给出了数据处理方法。

6、3）在讨论了约束因子的研究背景及现状的基础上，本文提出了局部约束因子的概念，量化了沿裂纹前缘分布的应力状态。分析了应用约束因子表征应力状态的限制，理论分析和有限元分析结果都显示，除应力状态外，较大的T应力也会对约束因子产生影响。应用局部约束因子完整的解释了标准FCGR试验中的试验现象。研究了裂纹张口张开位移（CMOD）与总体约束因子的关系，提出了一个基于CMOD计算总体约束因子的思路。对比了试验与仿真的CMOD结果，讨论了结果差异较大的原因。4）改进了FCGR试验，应用本文提出的静载标记法标记了多条疲劳裂纹前缘线，测量了这

7、些裂纹前缘的形状。运用有限元方法计算了各条裂纹前缘应力强度因子及局部约束因子，局部约束因子结果显示，试件厚度中心区域和表面I万方数据武汉理工大学硕士学位论文位置一直分别处于平面应变和平面应力状态。基于这两个断裂参数及裂纹前缘线的几何参数，得到了高强钢Q370qE平面应变和平面应力状态下的FCGR。对比了改进方法和传统的标准方法。最后提出了一个针对厚板的基于本文研究成果的三维疲劳裂纹扩展模拟步骤。关键词：疲劳裂纹扩展速率，厚度效应，约束因子，裂纹前缘应力状态，有限元方法，裂纹张口张开位移II万方数据武汉理工大学硕士学位论文A

8、bstractInlarge-scaleshipandmarinestructuresworkingindeepsea,thickplatesarewidelyapplied.Theirfatiguestrengthshouldbeconcernedeveniftheweldingdefectcanbe