基于斷裂力學的船體結構CTOD研究.pdf

1、近年來，船舶的大型化發(fā)展已成主流趨勢，在長期航行過程中船體受到反復的交變外載荷，船體結構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題。研究發(fā)現(xiàn)，裂紋尖端張開位移（CTOD）應用的局限性較少，不僅能夠用于彈塑性情況也可應用于大范圍屈服和全面屈服情形，更能應用于線彈性裂紋的擴展中。因此，基于斷裂力學的船體結構CTOD分析能夠更為符合實際地評估船體結構的低周疲勞斷裂。本文基于斷裂力學對船體結構CTOD開展理論及數(shù)值分析

2、研究，將裂紋尖端張開位移（CTOD）應用于彈塑性斷裂理論分析。研究結果可以更確切地分析評估船體在極值海況下的低周疲勞破壞，是疲勞強度理論分析與應用上的一個發(fā)展，為正確預報船體結構的低周疲勞提供更為先進的理論依據(jù)及可靠的分析計算方法。本文主要工作：
　　1)充分調研國內外現(xiàn)有疲勞裂紋擴展機理及理論模型，從斷裂力學的角度進行研究，選取適合船體結構彈塑性斷裂的數(shù)學物理模型，從而突破和改變長久以來船體結構疲勞問題研究很少涉及彈塑性研究分析

3、的現(xiàn)狀。采用CTOD作為控制參量應用于船體結構彈塑性分析中，為更加準確地分析其強度提供理論基礎和計算方法。
　　2)在一次靜載條件下，對于船體結構的彈塑性斷裂，基于斷裂力學理論，結合Dugdale模型疊加原理，應用卡式定理建立CTOD理論分析模型，為進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對含初始裂紋的船體加筋板結構進行了仿真分析，計算了筋、板相對剛度不同的情況下含裂紋的船

4、舶加筋板結構中板材在一次靜載下中心穿透裂紋尖端CTOD隨裂紋長度及外載荷變化的關系。彌補現(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)應力-應變場，結合 Chaboche循環(huán)塑性模型，用應力強度因子作為參量表征裂紋尖端張開位移，以裂尖擴展方向上的循環(huán)塑性區(qū)尺寸作為疲勞過程區(qū)大小，建立了基于累積塑性應變的船體板CTOD模型。此模型改進了以前的學者建立的疲勞裂紋CTOD模型，涵蓋了循環(huán)塑性區(qū)內結構彈塑性應變