基于临界面法的焊接结构多轴疲劳寿命预测方法

发布时间：2017-03-18 22:08

  本文关键词：基于临界面法的焊接结构多轴疲劳寿命预测方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多数的焊接结构在海洋工程实际中是处于多轴疲劳损伤状态。但是,到目前为止对于较为简单的单轴疲劳损伤问题进行过于集中的研究,是导致疲劳断裂事故仍未得到完全控制的主要原因之一。在损伤机理上,单轴疲劳和多轴疲劳就存在较大差异,多轴疲劳也比单轴疲劳更加接近工程实际。对多轴疲劳的研究可以丰富实际工程中对于疲劳损伤机理和失效过程的认识,也可以弥补传统的单轴疲劳理论在复杂焊接结构疲劳强度设计和评估方面的不足。虽然目前在船舶与海洋工程领域,多轴疲劳寿命校核方法尚未得到广泛的应用,但是应用多轴疲劳的方法来校核海洋结构物的疲劳寿命必然是未来的发展趋势。 本文旨在进行焊接接头处的复杂交变应力状态分析以及提出一种多轴疲劳寿命预测方法,该方法基于双参数临界面法和等效热点应力法。双参数临界面法是基于临界面理论的多轴疲劳分析方法,该方法应用单晶体循环形变理论和裂纹萌生平面的概念来解释多轴疲劳损伤的物理意义。该方法可以通过对有限元的计算结果进行简单的后处理来进行多轴疲劳寿命预测,因而非常便于工程应用。等效热点应力法是通过直接分析焊趾处零点位置的应力状态来对焊接接头处的复杂应力状态进行评估。本文将二者相结合,以钢制和铝制法兰管焊接结构作为研究对象,运用有限元数值模拟技术进行具有足够精度的体单元建模,根据弹性力学的相关知识对有限元加载计算结果进行后处理,从而获取多轴疲劳损伤参量。然后运用本文提出的预测方法来预测在不同路径载荷(纯弯、纯扭、弯扭比例组合,具有90度相位差的弯扭非比例组合)作用下焊接接头的多轴疲劳寿命。最后,将预测结果与试验结果进行对比,验证了该方法的可行性与精度。 本文将等效热点应力法与双参数临界面法相结合,提出了一种评估多轴疲劳寿命的方法,它对于钢制和铝制焊接结构的疲劳寿命评估非常有效。与双参数临界面法相比,该方法更加便于工程应用,预测结果也更加可靠。
【关键词】：多轴疲劳 焊接结构 双参数临界面法 等效热点应力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势8-14
• 1.2.1 多轴疲劳形成机理9-10
• 1.2.2 多轴疲劳寿命预测方法10-12
• 1.2.3 多轴疲劳试验12-13
• 1.2.4 总结13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 1.3.1 双参数临界面法的数值模拟14-15
• 1.3.2 焊接结构多轴疲劳寿命预测方法15-16
• 2 双参数临界面理论及损伤评估方法16-27
• 2.1 基于单晶体循环形变理论的多轴疲劳损伤理论16-18
• 2.2 双参数临界面法的多轴疲劳损伤参量18-21
• 2.3 双参数临界面法的控制方程21-25
• 2.4 双参数临界面法的评估过程25-27
• 3 双参数临界面法数值模拟27-43
• 3.1 有限元模型及载荷的确定27-29
• 3.2 铝制构件寿命预测29-38
• 3.2.1 纯弯载荷加载30-32
• 3.2.2 纯扭载荷加载32-34
• 3.2.3 比例载荷加载34-36
• 3.2.4 非比例载荷加载36-38
• 3.3 钢制构件寿命预测38-41
• 3.4 小结41-43
• 4 焊接结构多轴疲劳寿命预测方法43-55
• 4.1 等效热点应力43-44
• 4.2 钢制构件寿命预测44-51
• 4.3 铝制构件寿命预测51-54
• 4.4 小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 附录A 离散路径下不同平面的应力值(部分)59-69
• 基金项目信息69-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李有堂;姚晓鹏;刘辞英;;多轴变幅非比例加载方式对缺口尖端应力应变场的影响[J];兰州理工大学学报;2010年06期

2 李静;孙强;乔艳江;李春旺;张忠平;;基于临界平面法的拉扭双轴疲劳寿命估算模型[J];固体力学学报;2010年01期

3 武奇;邱惠清;;基于结构应力的焊接接头多轴高周疲劳寿命估算[J];固体力学学报;2010年03期

4 李静;孙强;李春旺;张忠平;乔艳江;;多轴载荷下缺口试件疲劳寿命预测研究[J];固体力学学报;2011年01期

5 曲先强;马永亮;任慧龙;邱悦;;小水线面双体船连接桥结构多轴疲劳分析方法[J];哈尔滨工程大学学报;2011年06期

6 时新红;张建宇;鲍蕊;费斌军;;拉扭复合加载下相位差对2A12-T4铝合金高周疲劳失效的影响[J];航空材料学报;2010年05期

7 肖林,白菊丽;Zr-4合金双轴疲劳行为及其微观变形机理 Ⅰ.双轴疲劳变形行为[J];金属学报;2000年09期

8 肖林,白菊丽;Zr-4合金双轴疲劳行为及其微观变形机理 Ⅱ.双轴循环变形亚结构及其织构的发展[J];金属学报;2000年09期

9 王航;徐燕灵;孙巧艳;肖林;孙军;;细晶Ti-2A1-2.5zr合金室温/低温低周疲劳行为及微观结构[J];金属学报;2009年04期

10 李静;孙强;李春旺;乔艳江;张忠平;;一种新的多轴疲劳寿命预测方法[J];机械工程学报;2009年09期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王英玉;金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算[D];南京航空航天大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 刘磊;基于非线性应力峰值自平衡的焊接结构热点应力法[D];大连理工大学;2010年

2 黄如旭;复杂焊接接头多轴疲劳强度评估的等效热点应力法[D];大连理工大学;2011年

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本文编号：255106