潜器锥柱结构断裂疲劳特性数值仿真研究

发布时间：2020-04-02 06:38

【摘要】：锥柱结构作为大型潜器圆柱形耐压壳的重要组成部分,由于其自身结构的特殊性,容易发生疲劳破坏,是潜器耐压壳疲劳研究的热点。随着潜器作业范围的扩大、安全性能要求的提高,普通高强钢很难满足潜器耐压壳的安全、布置等要求。钛合金由于其具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点,可以有效解决潜器重量、腐蚀控制等问题,是未来潜器耐压壳材料的研究方向。因此,采用线弹性断裂力学方法对钛合金材质锥柱结构断裂疲劳特性开展研究具有一定的工程意义。本文以线弹性断裂力学为基础,采用数值分析方法,以TA31材质锥柱结构局部模型为研究对象,开展锥柱结构表面裂纹扩展以及疲劳寿命计算研究。采用Ansys-Franc3D应力强度因子计算软件,分别分析了锥柱结构表面裂纹Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子的分布规律,初步验证了只考虑Ⅰ型裂纹扩展模式研究结构断裂疲劳特性的合理性。研究了裂纹形状比对于表面裂纹前缘Ⅰ型应力强度因子值分布的影响,计算得到不同形状比下的结构临界裂纹尺寸。对裂纹扩展数值模拟的准静态法开展了研究,给出了采用dN与da准静态法研究裂纹扩展形状变化以及结构寿命计算的参数建议值。采用复合型裂纹脆性断裂判据,验证了锥柱结构采用Ⅰ型裂纹平面扩展模式的合理性。最后基于该扩展模式,应用两自由度裂纹前缘曲线拟合方法,对初始裂纹尺寸为5mm的锥柱结构表面裂纹进行裂纹扩展数值模拟及疲劳寿命计算。本文结合弹性断裂力学理论和Ansys-Franc3D仿真方法,对疲劳数值仿真相关参数开展了研究,完成了锥柱结构临界裂纹尺寸计算和疲劳寿命预测工作。研究结果对同类结构的断裂疲劳特性研究具有一定的参考意义。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.941

【参考文献】

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本文编号：2611601