含裂纹海洋平台结构剩余疲劳强度评估方法研究
发布时间：2021-06-24 15:23
远海服役的海洋平台结构不可避免地发生疲劳破坏,含裂纹损伤结构的剩余疲劳强度评估是全生命周期结构安全评估的重要一环,对指导结构维护和修理至关重要。目前工程上,通常使用疲劳裂纹扩展方法,模拟含裂纹损伤结构的疲劳裂纹扩展路径,并评估其剩余疲劳寿命。但传统的有限元方法要求裂纹尖端附近的有限元网格划分得十分精细来准确捕捉尖端的应力-应变场,并且需要不断地重新划分有限元网格来模拟裂纹的扩展,其计算效率十分低下。因此,有必要提出更为便捷快速的剩余疲劳强度评估方法。本文基于ABAQUS平台,提出一种结合了三维扩展有限单元法和直接循环法的疲劳寿命评估方法,实现了复杂载荷下裂纹的任意扩展和疲劳寿命预测,并将此方法用于实际工程结构的剩余疲劳强度评估。本文首先利用Python语言,编写了等效积分区域法的裂纹尖端J积分计算程序,计算平面和三维模型的裂纹尖端应力强度因子,验证了基于ABAQUS平台的扩展有限单元法的正确性。并且,基于并基于水平集方法,编写了搜索裂纹面位置的Python语言程序,实现了ABAQUS平台上,扩展有限单元法计算后的裂纹面提取,从而计算裂纹长度。在此基础上,本文融合了直接循环法和基于能量释...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况及发展趋势
1.2.1 疲劳分析方法的发展
1.2.2 扩展有限单元法
1.3 本文研究内容
2 扩展有限单元法的基本理论
2.1 水平集方法对裂纹位置的描述
2.2 单元节点位移的近似格式
2.3 裂纹尖端能量释放率和应力强度因子
2.4 基于扩展有限单元法的应力强度因子计算
2.4.1 中心穿透裂纹
2.4.2 单边穿透裂纹
2.4.3 中心穿透斜裂纹
2.5 本章小结
3 基于直接循环法和扩展有限单元法的剩余疲劳强度评估方法
3.1 直接循环法
3.2 基于能量释放率的Paris公式
3.3 裂纹面位置的提取
3.4 平板结构的疲劳裂纹扩展
3.4.1 单边穿透裂纹疲劳裂纹扩展分析
3.4.2 圆形开孔边缘裂纹疲劳裂纹扩展分析
3.5 本章小结
4 疲劳裂纹扩展算法的改进
4.1 虚拟裂纹闭合技术的缺陷
4.2 疲劳裂纹扩展速率的检查算法
4.3 基于改进算法的实际工程结构疲劳裂纹扩展分析研究
4.3.1 含裂纹损伤加筋板结构
4.3.2 含裂纹损伤管节点结构
4.4 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于断裂力学的海洋管道焊接接头疲劳寿命计算[J]. 胡瑾秋,贺维维,郭家洁,胡艳华,唐德渝. 石油矿场机械. 2018(02)
[2]船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算（英文）[J]. 孔小兵,黄小平,赵鹏远,张道坤. 船舶力学. 2017(09)
[3]基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估（英文）[J]. 谌伟,严仁军,Nigel BARLTROP,杨平,刘恩骞,秦恺. 船舶力学. 2015(09)
[4]基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳验算[J]. 蒲黔辉,高立强,刘振标,施洲. 西南交通大学学报. 2013(03)
[5]位移外推法在应力强度因子计算中的应用[J]. 朱锐,邓乾金. 机械工程与自动化. 2013(02)
[6]基于塑性损伤理论的延性金属裂纹扩展模拟[J]. 郑娜. 科技创新导报. 2012(28)
[7]热点应力法进行钢桥疲劳检算[J]. 王亚飞,徐海鹰. 铁道工程学报. 2012(09)
[8]发展基于CB壳单元的扩展有限元模拟三维任意扩展裂纹[J]. 庄茁,成斌斌. 工程力学. 2012(06)
[9]基于ANSYS的齿轮动态应力强度因子的计算[J]. 吴军荣,干洪,何芝仙. 新乡学院学报(自然科学版). 2011(06)
[10]裂纹尖端应力强度因子的有限元计算方法分析[J]. 刘明尧,柯孟龙,周祖德,谭跃刚,梁安. 武汉理工大学学报. 2011(06)
博士论文
[1]基于健康监测的钢桥面板疲劳寿命评估[D]. 李星新.中南大学 2012
[2]基于连续累积损伤的疲劳启裂和裂纹扩展的统一模型[D]. 邱宝象.浙江工业大学 2009
硕士论文
[1]基于XFEM的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析[D]. 李凤翔.兰州理工大学 2016
[2]粘聚力模型在混凝土裂纹扩展中的应用[D]. 李丽丹.武汉科技大学 2015
[3]焊接管节点应力分布规律评估新方法研究[D]. 赵晓玲.大连理工大学 2015
[4]船舶与海洋工程焊接结构多轴疲劳研究[D]. 刘英芳.大连理工大学 2014
[5]双材料表面裂纹应力强度因子的数值研究[D]. 张盛明.浙江工业大学 2010
本文编号：3247348
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况及发展趋势
1.2.1 疲劳分析方法的发展
1.2.2 扩展有限单元法
1.3 本文研究内容
2 扩展有限单元法的基本理论
2.1 水平集方法对裂纹位置的描述
2.2 单元节点位移的近似格式
2.3 裂纹尖端能量释放率和应力强度因子
2.4 基于扩展有限单元法的应力强度因子计算
2.4.1 中心穿透裂纹
2.4.2 单边穿透裂纹
2.4.3 中心穿透斜裂纹
2.5 本章小结
3 基于直接循环法和扩展有限单元法的剩余疲劳强度评估方法
3.1 直接循环法
3.2 基于能量释放率的Paris公式
3.3 裂纹面位置的提取
3.4 平板结构的疲劳裂纹扩展
3.4.1 单边穿透裂纹疲劳裂纹扩展分析
3.4.2 圆形开孔边缘裂纹疲劳裂纹扩展分析
3.5 本章小结
4 疲劳裂纹扩展算法的改进
4.1 虚拟裂纹闭合技术的缺陷
4.2 疲劳裂纹扩展速率的检查算法
4.3 基于改进算法的实际工程结构疲劳裂纹扩展分析研究
4.3.1 含裂纹损伤加筋板结构
4.3.2 含裂纹损伤管节点结构
4.4 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于断裂力学的海洋管道焊接接头疲劳寿命计算[J]. 胡瑾秋,贺维维,郭家洁,胡艳华,唐德渝. 石油矿场机械. 2018(02)
[2]船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算（英文）[J]. 孔小兵,黄小平,赵鹏远,张道坤. 船舶力学. 2017(09)
[3]基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估（英文）[J]. 谌伟,严仁军,Nigel BARLTROP,杨平,刘恩骞,秦恺. 船舶力学. 2015(09)
[4]基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳验算[J]. 蒲黔辉,高立强,刘振标,施洲. 西南交通大学学报. 2013(03)
[5]位移外推法在应力强度因子计算中的应用[J]. 朱锐,邓乾金. 机械工程与自动化. 2013(02)
[6]基于塑性损伤理论的延性金属裂纹扩展模拟[J]. 郑娜. 科技创新导报. 2012(28)
[7]热点应力法进行钢桥疲劳检算[J]. 王亚飞,徐海鹰. 铁道工程学报. 2012(09)
[8]发展基于CB壳单元的扩展有限元模拟三维任意扩展裂纹[J]. 庄茁,成斌斌. 工程力学. 2012(06)
[9]基于ANSYS的齿轮动态应力强度因子的计算[J]. 吴军荣,干洪,何芝仙. 新乡学院学报(自然科学版). 2011(06)
[10]裂纹尖端应力强度因子的有限元计算方法分析[J]. 刘明尧,柯孟龙,周祖德,谭跃刚,梁安. 武汉理工大学学报. 2011(06)
博士论文
[1]基于健康监测的钢桥面板疲劳寿命评估[D]. 李星新.中南大学 2012
[2]基于连续累积损伤的疲劳启裂和裂纹扩展的统一模型[D]. 邱宝象.浙江工业大学 2009
硕士论文
[1]基于XFEM的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析[D]. 李凤翔.兰州理工大学 2016
[2]粘聚力模型在混凝土裂纹扩展中的应用[D]. 李丽丹.武汉科技大学 2015
[3]焊接管节点应力分布规律评估新方法研究[D]. 赵晓玲.大连理工大学 2015
[4]船舶与海洋工程焊接结构多轴疲劳研究[D]. 刘英芳.大连理工大学 2014
[5]双材料表面裂纹应力强度因子的数值研究[D]. 张盛明.浙江工业大学 2010
本文编号：3247348
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3247348.html
