反复冲击载荷下含初始裂纹板动力响应的实验、数值及理论研究

发布时间：2020-07-26 11:29

【摘要】：全球气候变暖的趋势已经不可逆转,北极地区因其丰富的自然资源和潜在航线价值而受到各个国家的重视。船舶作为极地资源开发和货运的关键装备,其在极地环境下的结构性能受到越来越多的学者的关注,并相继开展了大量的研究工作,涉及低温环境下浮冰的撞击模拟、冰载荷的预报等。船舶长期在海上服役,由于海洋环境载荷的作用,船体结构表面不可避免的产生裂纹、点蚀等形式的损伤。而在低温环境下,含有裂纹损伤的结构受到浮冰反复碰撞时极有可能发生脆断破坏,从而威胁到船舶结构的安全性。因此,开展低温环境下含裂纹损伤结构在反复冲击载荷下的承载能力研究具有重要的理论意义和工程实用价值。然而,目前这方面的工作开展的相对较少。本文针对常温和低温下含不同裂纹长度板的反复冲击问题开展了研究,得到了裂纹长度对板的承载能力以及变形破坏模式的影响规律,揭示了低温对板的反复冲击性能的影响机理。首先,开展了完整板和含不同长度裂纹板在常温、低温环境下的反复冲击试验。分析了完整板与含裂纹板在反复冲击作用下的动力响应特征的差异,探讨了裂纹几何参数对冲击损伤模式和承载能力的影响,研究了环境温度对板反复冲击性能的影响。接着,建立了反复冲击下板的数值模拟模型,深入地研究了裂纹尺寸和环境温度对板反复冲击性能的影响机理。通过将数值模拟结果与试验结果的比较,验证了数值模型的准确性,分析了含裂纹板在反复冲击下的损伤过程,探讨了裂纹几何尺寸和环境温度对含裂纹板的能量吸收、应力分布以及承载能力的影响。最后,推导了反复冲击载荷下圆板的塑性变形近似解析公式,并利用完整板的反复冲击试验验证了理论公式的准确性。针对含初始裂纹板,将裂纹对圆板塑性变形的影响用板厚折减因子表征,给出了含裂纹板在反复冲击下塑性变形的计算方法,并通过试验进行了验证。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.4
【图文】：

共计 6 个拉伸试件。拉伸试件尺寸及拉伸试验完成之后的试件如图2-1 所示。常温拉伸试验在华中科技大学材料力学实验室进行，低温拉伸试验在武汉钢铁（集团）公司的电子万能试验机（如图 2-2 所示）上进行。图 2-1 拉伸试件：(a)拉伸试件尺寸；(b)拉伸试件

图 2-2 电子万能试验机（低温）到的力-位移数据，处理得到常温和低温下的应数见表 2-1。可以看出，钢材没有明显的屈服的提高，延展性降低而脆性增强，断裂应变显，强度极限提高 11.1%，断裂应变减小 27.3%材的力学性能的影响较大。

12图 2-2 电子万能试验机（低温）根据拉伸试验得到的力-位移数据，处理得到常温和低温下的应力应变曲线如图2-3所示，相应的材料参数见表 2-1。可以看出，钢材没有明显的屈服阶段，低温环境下材料的强度极限有显著的提高，延展性降低而脆性增强，断裂应变显著减小。与20 C相比，在 4 0 C温度下，强度极限提高 11.1%，断裂应变减小 27.3%。可见，在试验温度范围内

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1 段芳娟;反复冲击载荷下含初始裂纹板动力响应的实验、数值及理论研究[D];华中科技大学;2019年

本文编号：2770704