基于断裂力学的某钢船船艏结构疲劳寿命预报

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1、硕士学位论文基于断裂力学的某钢船船艏结构疲劳寿命预报THEFATIGUELIFEPREDICTIONOFTHEBOWSTRUCTUREOFASTEELSHIPBASEDONFRACTUREMECHANICS张超哈尔滨工业大学2015年6月中国图书分类号：TU339学校代码：10213国际图书分类号：624.014密级：公开工学硕士学位论文基于断裂力学的某钢船船艏结构疲劳寿命预报硕士研究生：张超导师：边文凤教授申请学位：工学硕士学科：结构工程所在单位：土木工程系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔

2、滨工业大学ClassifiedIndex：TU339U.D.C.:624.014DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEFATIGUELIFEPREDICTIONOFTHEBOWSTRUCTUREOFASTEELSHIPBASEDONFRACTUREMECHANICSCandidate：ZhangChaoSupervisor：Prof.WenfengBianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpe

3、ciality：StructureEngineeringAffiliation：DepartmentofCivilEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要船舶结构破坏的模式有多种，疲劳破坏是主要破坏模式之一。船舶结构长期处于交变载荷作用下，一些典型部位会存在较大的应力集中，进而产生严重的疲劳问题。因此，对船舶结构进行疲劳校核完成

4、寿命评估已成为人们关注的焦点。目前的疲劳寿命评估方法主要有两种：一种是基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论的传统S-N曲线法；另一种是基于裂纹扩展理论的断裂力学方法。S-N曲线法的不足是未考虑材料的初始缺陷，因此应用疲劳裂纹扩展理论对结构进行疲劳寿命评估就成为发展的主方向。本文基于疲劳裂纹扩展理论对船艏结构进行了疲劳寿命的预报，主要包括以下几方面的工作。首先，以船艏结构为研究对象，运用有限元分析软件MSC.PATRAN建立船艏结构的有限元模型，完成载荷的施加，并对其进行静力分析。通过对结果的分析

5、，获得应力集中的区域，确定需要进行疲劳校核的部位，对确定的疲劳裂纹进行有限元的精细化建模，为进一步的疲劳寿命的评估提供有限元分析结果和数据基础。然后，完成船艏模型疲劳断裂参量的定义，包括裂纹断裂模式的确定，应力强度因子的计算，断裂判据的选取，裂纹扩展速率公式的选取以及含初始裂纹结构的疲劳寿命的估算过程，为进行结构的疲劳寿命分析提供了理论基础。最后，基于疲劳裂纹扩展理论，运用MSC.FATIGUE中的裂纹扩展分析模块，根据有限元模型提供的结构应力分布情况，载荷变化信息以及材料疲劳特性，评估裂纹扩展区的疲

6、劳寿命，并考虑了裂纹形状比和初始裂纹尺寸的不同对疲劳寿命的影响。本文的研究，为船舶结构的设计与疲劳评估，提供了一定的理论参考。关键词：断裂力学；疲劳裂纹扩展；船艏结构；疲劳寿命；应力强度因子-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTherearemanydamagemodelsofshipstructure,fatiguedestroyisoneofmainformsofshipstructuresdestroyed.Sometypicalpartsontheshipstructurewi

7、llhavelargerstressconcentrationphenomenonduetothecyclicalwaveloadingintheseparts,whichwillproducesomeseriousfatigueproblems.Therefore,ithasbecomethefocusofattentiontoassessthefatigueofshipstructures.Atpresent,therearetwomaintypesofmethodstoevaluatethefa

8、tiguelife.OneisthetraditionalS-NcurvemethodbasedonthecombinationofS-NcurvesandMinerlinearcumulativedamagetheory.Theotheristhefracturemechanicsapproachbasedonfatiguecrackpropagationtheory.TheS-Ncurvehasaneglectofinitialobjectionof