潜艇锥柱典型节点表面裂纹扩展数值模拟.pdf

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1、第34卷第3期2012年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．34．No．3Mar．，2012潜艇锥柱典型节点表面裂纹扩展数值模拟张可成1，罗广恩1’2，李良碧1’3(1．江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003；2．中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082；3．江苏现代造船技术有限公司，江苏镇江212003)摘要：锥柱结合处是潜艇结构疲劳破坏的热点区域。本文以潜艇锥柱结合壳结构典型节点为研究对象，以断裂力学为理论基础，使用APDL语言对ANSYS软件进行2次开发，分析潜艇耐压壳结构典型节点表面裂纹在交变

2、载荷作用下的扩展过程，并与试验结果进行对比，结果表明本方法可较好地模拟表面裂纹的疲劳扩展。关键词：潜艇；裂纹扩展；应力强度因子；表面裂纹中图分类号：U661．43文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)03-0009-05doi：10．3404／j．issn．1672-7649．2012．03．002Typicaljointsofsubmarinecone-cylinderstructuresurfacecrackpropagationnumericalsimulationZHANGKe—chen91．LUOGuang—en1’2．LIL

3、iang—bit3(1．SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnology，Zhenjiang212003，China；2．ChinaShipScientificResearchCenter，Wuxi214082，China；3．JiangsuModernShipbuildingTechnology．，LTD，Zhenjiang212003，China)Abstract：Cone—cylinderpartsisthehotspotsof

4、fatiguedamageofsubmarine．Inthispaper，typicaljol’ntsatthecone—cylinderpartsofsubmarinearcchosenastheresearchobject．Basingonthetheoryoffracturemechanics，thetypicalweldingjointsofcone—cylinderhullstructureisstudiedbyansyssoftwaredevelopedinAPDLlanguage．Thepropagationprocessofthesur

5、facecrackunderalternatingloadsaresimulated．Comparingwiththeexperimentalresuhs，theresultshowsthatthismethodcansimulatethefatigueexpansionofthesurfacecrackexcellently．Keywords：submarine；crackpropagation；stressintensityfactor；surfacecrack0引言锥柱结合壳是潜艇耐压结构广泛采用的结构形式，由于其形状有突变，在静水压力下容易产生

6、大的局部应力，随着潜艇的上浮和下潜，将会发生疲劳破坏，因此锥柱结合处是潜艇疲劳的热点区域‘1。。潜艇在建造过程中，锥柱结合壳部位容易出现焊接缺陷，在疲劳载荷作用下容易发展成裂纹并扩展，进而发生疲劳断裂。因此研究潜艇结构锥柱结合处典型收稿日期：基金项目：作者简介：节点表面裂纹疲劳扩展具有重要意义。随着有限元方法及有限元软件的发展，利用数值仿真方法模拟裂纹扩展寿命，为结构，的寿命预测及疲劳分析提供了有效的途径。林晓斌¨。。使用ABAQUS对表面裂纹的扩展进行模拟，并在计算裂纹尖端增量和扩展后的网格自动更新方面取得了显著成果。钱桂安、王茂廷和王莲等∞。使用A

7、NSYS软件对二维断裂参量进行计算和分析；王永伟。6。使用ANSYS软件对表面裂纹进行了数值模拟，并提出半2011一10—11；修回日期：2011—1l—09国家自然科学基金资助项目(51109100)；江苏省自然科学基金资助项目(BK2011508)；江苏省船舶先进设计制造技术重点实验室开放研究基金资助课题(CJ0902)；江苏科技大学船舶与海洋工程学院青年教师基金资助项目(2007CH070J)张可成(1986一)，男，硕士研究生，研究方向为船舶结构疲劳与断裂分析。·10·舰船科学技术第34卷椭圆型裂纹尖端有限元网格划分的新方法；薛河、刘金依和徐尚

8、龙等。7。利用ANSYS软件对受单向拉伸的中心穿透裂纹板进行了弹塑性断裂计算和分析，分别得出屈