收藏本站
《华中科技大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

裂纹损伤舰船结构的断裂及止裂研究

姜翠香  
【摘要】:对舰船结构中裂纹损伤加筋板的弹塑性断裂问题进行了研究;对裂纹前端局部加强的裂纹板的弹塑性断裂问题及加强复板的止裂性能进行了研究。通过对构件的分析,运用断裂力学的观点、判据,把构件内部裂纹的大小和构件工作应力,以及材料抵抗断裂的能力(即断裂韧性)定量地联系起来,为舰船构件的安全设计、制订合理的验收标准和选材原则提供了理论基础。研究裂纹损伤加筋板的裂纹扩展、力学行为及承载能力是研究裂纹损伤的舰船整体力学行为的基础,具有重要的工程意义。本文从试验研究和理论分析两方面对这一问题进行了研究。 首先以船体甲板上的加筋板结构为原型,对受拉伸载荷作用的含裂纹损伤的加筋板结构,从裂纹受载起裂到裂纹稳定扩展以至最后失稳扩展的整个过程进行了试验研究,对加筋板在断裂过程中的受力和变形进行了分析,同时对加强筋板在含裂纹结构中的止裂作用进行了研究。从应变测试结果可以看到,加强筋的作用在阻碍模型板相互趋近方面起到了很好的作用,筋、板联结方式的不同会影响到加强筋对裂纹板的加强作用。试验结果还表明,在裂纹前端布置加强复板能有效地阻止裂纹扩展。 接着对有限加筋板的线弹性断裂问题进行了分析。以Muskhelishvili关于平面弹性力学问题的解析函数解法和Hilbert边值问题解法为基础,通过复应力函数 和 ,给出一种位移-合力-应力模式,用边界配置法对裂纹损伤有限板进行分析。实例计算并分析了裂纹损伤有限加筋板中各可能参数对结构断裂的影响。计算结果表明,随着有限加筋板高宽比的增加,裂纹板自身高度方向的约束加大,筋条的长度增加,裂纹尖端的应力强度因子下降幅度越大。 然后对有限加筋板的弹塑性断裂问题进行了分析。本文建立了有限加筋板断裂分析的Dugdale模型,由含直裂纹问题的复应力函数对有限加筋板的Dugdale问题进行分析求解,得到裂纹尖端CTOD值随载荷及裂纹长度的变化规律,对弹塑性状态下加筋板的断裂问题进行了理论研究。结果表明,在弹塑性状态下,有限加筋板具有复杂的裂纹尖端应力、应变变化规律。当筋、板相对刚度提高时,在部分裂纹长度的范围内,筋条显示出较大的加强作用。 在接下来的研究中,对受拉应力作用的裂纹板在裂纹两端采用焊接复板进行局部加强时的应力强度因子进行了研究,对结构的止裂性能及承载力情况进行了分析计算。将加强板结构离散化为加强复板和裂纹板的结构,基于含裂纹板的复应力函数理 WP=4 论,由加强复板与裂纹板之间的变形协调关系进行求解。分别对考虑加强复板的横向刚度和不考虑加强复板横向刚度的两种情况进行分析。结果表明,提高加强复板的相对刚度值,有利于降低结构应力强度因子。在裂纹长度和加强复板位置确定的情况下,随着加强复板长度的增加,结构中裂纹尖端的应力强度因子逐渐降低,加强复板对裂纹板的加强作用逐渐增强;当加强复板的长度增加到一定程度时,继续增加加强复板长度对结构应力强度因子影响不大。加强复板的纵向刚度对降低结构应力强度因子起主要作用。 接着,对在裂纹两端进行局部加强时裂纹板的弹塑性断裂问题进行了研究。本文建立了局部加强裂纹板弹塑性分析的Dugdale模型,以裂纹尖端开口位移CTOD(Crack Tip Opening Displacement)为断裂参数,以弹性力学理论为基础,由复变应力函数方法对结构的CTOD进行求解。通过实例计算与分析,就各种可能参数对结构承载力和止裂性能的影响进行了研究。结果表明,在裂纹前端进行局部加强降低了裂纹尖端的开口位移CTOD,能有效地提高结构承载力。提高加强复板相对刚度有利于改善裂纹尖端状态,提高结构的承载能力。 最后结合试验模型,从理论上对裂纹损伤加筋板的弹塑性断裂问题进行了计算分析。将理论计算结果与试验结果及有限元数值计算结果进行了比较分析。计算结果表明,理论计算结果表现出了与试验结果一定的相关性,能说明结构的受力变形趋势,表明了理论计算模型是有效的。实际应用中,在现有理论分析模型的基础上,模拟实际结构的边界条件及受力状况,使筋、板相对刚度等结构参数及受力状况的选取尽可能正确地反映实际情况是非常重要的。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U672

知网文化
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 何冠军;刁爱民;李海涛;何建峰;;含裂纹船用气瓶安全评价及剩余寿命预测[J];中国舰船研究;2013年05期
2 姜翠香;李卓球;李克勤;;有限加筋板边界效应对应力强度因子的影响[J];武汉理工大学学报;2006年07期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宋占勋;焊接结构疲劳强度研究及其应用[D];北京交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李泽华;重塑黏土Ⅰ型断裂韧度试验研究[D];南京大学;2018年
2 马慧君;高强度低合金钢织构变化及其对力学性能的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
3 王东雪;基于扩展有限元法的岩石裂纹扩展研究[D];中国石油大学(华东);2016年
4 陈茁;裂纹源声发射辐射及分类识别研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
5 左杰;焊接斗杆结构应力强度因子分析[D];中南大学;2013年
6 赵晟;船体断裂强度特性研究[D];上海交通大学;2013年
7 李鹏;基于断裂力学的船体加筋板疲劳评估方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 胡敏;30Cr1Mo1V转子钢疲劳裂纹扩展数值模拟分析[D];长沙理工大学;2010年
9 洪礼卫;几种金属材料破坏机理与断裂形式的研究[D];江南大学;2008年
10 李虎;基于ESO法的含裂纹结构形状优化研究[D];西北工业大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姜翠香,赵耀,刘土光;含中心裂纹的有限加筋板Dugdale模型[J];中国造船;2004年01期
2 胡勇,崔维成;具有裂纹缺陷的板和加筋板格在联合载荷作用下的剩余极限强度[J];船舶力学;2003年01期
3 张正国,杨国义,邹广平;Dugdale模型权函数法一般公式[J];哈尔滨工程大学学报;2000年01期
4 赵耀;关于裂纹柱壳韧性断裂的研究[J];海洋工程;1999年02期
5 赵耀;拉载下周向壁穿裂纹圆柱壳的弹塑性解析解[J];固体力学学报;1999年01期
6 赵耀;裂纹损伤圆柱壳承载能力的实验研究[J];华中理工大学学报;1998年05期
7 张正国,孟庆臣,杨国义,邹广平;Dugdale 模型解法研究[J];哈尔滨工程大学学报;1998年01期
8 赵耀,张子俊,张祖枢;裂纹损伤柱壳刚架结构的弹塑性分析[J];中国造船;1997年03期
9 薛孟君,刘雪惠;空间薄壁筋条加筋板应力强度因子的解析—有限元混合法[J];西北工业大学学报;1996年03期
10 刘铁让,樊蔚勋;劲条止裂性能的分析方法[J];南京航空航天大学学报;1994年03期
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李永正;米旭峰;孙培林;杨晓丹;;稳定性试验平台的研制与试验研究[J];实验力学;2011年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王慧;王晓乾;;基于模态小波分析的棒体裂纹损伤识别[J];测控技术;2016年12期
2 杜国锋;张志忠;张东山;;基于压电阻抗技术的管道多裂纹损伤识别研究[J];武汉理工大学学报;2013年10期
3 赵耀,前野嘉孝,小宫守;关于汽车运输船舱内裂纹损伤[J];华中理工大学学报;1996年12期
4 邹志强;吴斌;;基于振动的简支梁裂纹损伤识别研究[J];舰船电子工程;2014年09期
5 贺跃进;孙学红;张恒;魏风春;;混凝土/纤维增强树脂梁裂纹损伤的诊断[J];材料导报;2009年20期
6 郑寒辉;赵晓华;;含裂纹损伤杆系结构的动态特性研究[J];工程力学;2007年12期
7 李爱民;张耀辉;于海涛;;基于声发射技术的扭杆裂纹损伤定位方法分析[J];车辆与动力技术;2006年03期
8 薛继军,杨龙,王新虎;基于小波有限元的裂纹损伤梁分析[J];系统仿真学报;2005年08期
9 徐晓飞;飞机结构多裂纹损伤容限研究综述[J];洪都科技;2002年01期
10 高庆吉;荆明岚;;一种疲劳裂纹损伤的模糊综合评估算法[J];航空维修与工程;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王文健;郭俊;刘启跃;;轮轨磨损与滚动疲劳裂纹损伤关系及预防研究[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集(四)[C];2010年
2 李栋;;基于裂纹损伤应力及声发射数的卸载点判断[A];2018年西南5省、市、区第二次岩石力学与工程学术大会论文集(上册:勘察与防治;设计与施工)[C];2018年
3 陈泽宇;孙晓丹;何建;张伟晔;;基于单模态Lamb波的焊接钢板裂纹损伤监测[A];第26届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2017年
4 张鑫;张玉祥;赵建刚;;机械结构的裂纹损伤检测研究[A];中国航天第三专业信息网第三十七届技术交流会暨第一届空天动力联合会议论文集[C];2016年
5 王文健;郭俊;刘启跃;;轮轨磨损与滚动疲劳裂纹损伤关系及预防研究[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年
6 冯志鹏;Ming J.Zuo;褚福磊;;基于关联维数的齿轮裂纹监测研究[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年
7 孙秦;迟文海;;共线多裂纹应力强度因子数值精度分析[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
8 姜翠香;赵耀;刘土光;;含裂纹损伤部分加筋板应力强度因子分析[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年
9 何书韬;赵耀;;周向表面裂纹损伤海洋平台圆柱壳的拉载弹塑性解[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
10 杨绍普;赵文杰;邢海军;;基于概率神经网络的架桥机裂纹损伤位置识别[A];第十五届全国非线性振动暨第十二届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 姜翠香;裂纹损伤舰船结构的断裂及止裂研究[D];华中科技大学;2004年
2 何书韬;海洋平台裂纹损伤柱壳的断裂特性及其承载能力研究[D];华中科技大学;2011年
3 王小琼;脆性岩石损伤及物理性质演化的实验研究[D];中国地震局地球物理研究所;2012年
4 陈景杰;含裂纹损伤船体结构强度分析方法研究[D];大连理工大学;2011年
5 李晓飞;船体局部结构的损伤识别与检测研究[D];上海交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谢东;基于广义塑性力学模型的金属粉末成形裂纹损伤研究[D];天津科技大学;2018年
2 吕姣姣;基于Lamb波的地铁转向架构架裂纹损伤识别及定位技术研究[D];北京交通大学;2018年
3 尤园成;基于模态小波分析的棒体裂纹损伤识别研究[D];东北大学;2013年
4 魏巍;含裂纹损伤结构的瞬态响应和损伤识别[D];汕头大学;2008年
5 张子龙;钨裂纹损伤后的再辐照效应研究[D];北京工业大学;2015年
6 丁宁;风机叶片气动弹性分析与裂纹损伤识别[D];大连理工大学;2015年
7 胡兴龙;带齿根裂纹损伤的风电增速器振动特性研究[D];大连理工大学;2015年
8 张玲玲;基于动力特性和小波分析的钢棒多裂纹损伤识别研究[D];东北大学;2015年
9 胡婷婷;基于FBG分布传感的机械结构裂纹损伤识别方法研究[D];武汉理工大学;2012年
10 孟丽娟;Z2CND18.12N钢疲劳裂纹损伤监测技术研究[D];大连理工大学;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026