10CrNi5MoV高强度钢耐压结构疲劳裂纹扩展寿命研究
发布时间：2021-11-06 03:47
基于10CrNi5MoV高强度钢建造的耐压结构,在特定节点位置如锥柱结合壳部位,由于结构刚度和连续性发生突变,引起附加弯矩,形成局部节点位置的压弯组合应力,而高强度钢自身的材料及工艺特性,以及结构节点焊缝焊趾位置的应力集中效应,使得耐压结构上述典型节点位置成为结构断裂及疲劳破坏的热点区域。基于该高强钢建造的耐压结构,其裂纹扩展问题不可忽视。在基于10CrNi5MoV钢的《结构疲劳计算准则》中,采用Newman-Raju公式及Paris公式校核耐压结构的疲劳裂纹扩展寿命。Newman-Raju公式原用于求解拉弯组合应力状态下半椭圆表面裂纹的应力强度因子,而耐压结构特定节点位置处于压弯组合应力状态,在特定压弯比时直接使用Newman-Raju公式难以有效地进行疲劳裂纹扩展分析。本文在该《结构疲劳计算准则》的框架下,通过数值仿真和疲劳试验对理论公式加以分析和修正,寻求既符合物理机制、又适用于工程实践的方法,对10CrNi5MoV钢耐压结构进行疲劳寿命评估。主要包括以下四个方面的内容:1)针对半椭圆表面裂纹应力强度因子的基准计算参数,使用NASGRO软件计算压弯组合应力状态下的应力强度因子,证...
【文章来源】：中国舰船研究院北京市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹尖端附近的应力分布
在传统疲劳寿命研究方法中,是基于材料无缺陷的基础上对结构进行疲劳强度与寿命评估。但是在实际结构中,由于加工工艺、焊接工艺、材料特性等因素的影响,结构中难免会存在缺陷,使得结构在低应力作用下也会发生断裂失效。然而传统的疲劳理论并不能很好地解释这种现象。但断裂力学理论可用于解决结构带有缺陷的疲劳裂纹扩展问题。在断裂力学中,根据结构中裂纹受到的外加载荷形式,可将裂纹划分为三种基本类型,即Ⅰ型张开型、Ⅱ型滑开型、Ⅲ型撕开型,如图2.1所示[32]:从图2.1中我们可观察到,这三种裂纹基本类型的受力形式和裂纹面分离形式有如下特点:
裂纹扩展得是快还是慢,这一问题可以用裂纹扩展速率da/dN来描述。疲劳裂纹扩展速率da/dN可表示在循环载荷作用下,裂纹尺寸在载荷每次循环后的扩展量。由线弹性断裂力学理论可知,裂纹的扩展速率da/dN可以用应力强度因子的幅值ΔK来控制。虽然对于每种材料在不同应力下有着不同的应力强度因子幅值ΔK和疲劳裂纹扩展速率da/dN,但是同时对da/dN和ΔK取对数,得到的lg(da/dN)-lg(ΔK)曲线图可以表示疲劳裂纹扩展的一般规律,如图2.2所示[32,37]。由图2.2可知,可将lg(da/dN)-lg(ΔK)双对数曲线划分为三个阶段:
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维裂纹扩展数值预报方法研究[J]. 黄如旭,万正权. 中国造船. 2019(01)
[2]基于相互作用积分法对有限厚度半椭圆表面裂纹经验公式的精度分析[J]. 侯帅,朱有利,邱骥,孙晓峰. 机械强度. 2018(06)
[3]S355J2W+N钢对接接头应力集中系数计算及回归分析[J]. 孙杨,王福山,胡立国,张印广,杨鑫华. 电焊机. 2018(11)
[4]基于有限元法对裂纹尖端应力强度因子的计算分析[J]. 袁浩,李菁,谢禹钧,侯汶雨. 机械制造与自动化. 2018(01)
[5]基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用[J]. 艾书民,于明,成晓鸣,王建方. 机械强度. 2018(01)
[6]加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计[J]. 宋晓飞,肖伟,何其健,刘均,程远胜. 中国舰船研究. 2018(01)
[7]基于缺口应力法的焊接接头疲劳强度评估[J]. 严仁军,何丰,谌伟. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(05)
[8]焊趾处椭圆表面裂纹的权函数与残余应力强度因子的权函数法[J]. 徐磊,黄小平. 船舶力学. 2017(04)
[9]双轴压载荷下T形节点焊趾处应力强度因子研究[J]. 严仁军,张红梅,辛辰. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(04)
[10]高强度钢在潜艇应用中的若干重要问题综述[J]. 杨建明,张新宇,刘朝骏. 中国舰船研究. 2016(01)
博士论文
[1]基于XFEM与动态自适应网格的裂纹扩展算法研究[D]. 滕子浩.华中科技大学 2019
[2]高强钢断裂韧性与裂纹扩展机制研究[D]. 李鹤飞.中国科学技术大学 2019
[3]金属结构表面裂纹疲劳扩展损伤程度研究[D]. 王兴路.西安建筑科技大学 2017
硕士论文
[1]潜器锥柱结构断裂疲劳特性数值仿真研究[D]. 魏周豆.大连理工大学 2019
[2]材料和结构中缺陷对大深度载人舱耐压球壳的影响分析[D]. 张苏杰.江苏科技大学 2018
[3]压缩循环载荷下深海耐压结构疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 许斐然.江苏科技大学 2018
[4]内聚力和虚拟裂纹闭合法在裂纹扩展数值模拟中的应用研究[D]. 桑元成.兰州理工大学 2017
[5]钢构件裂纹扩展数值模拟及其工程应用[D]. 徐双.武汉理工大学 2016
[6]高强钢焊接接头双轴疲劳裂纹扩展研究[D]. 张佳敏.浙江大学 2014
[7]压弯复杂应力下某高强钢焊接件的疲劳特征研究[D]. 刘慧.武汉理工大学 2011
[8]HTS-A钢对接接头的双轴低周疲劳寿命研究[D]. 周宏飞.武汉理工大学 2011
本文编号：3479101
【文章来源】：中国舰船研究院北京市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹尖端附近的应力分布
在传统疲劳寿命研究方法中,是基于材料无缺陷的基础上对结构进行疲劳强度与寿命评估。但是在实际结构中,由于加工工艺、焊接工艺、材料特性等因素的影响,结构中难免会存在缺陷,使得结构在低应力作用下也会发生断裂失效。然而传统的疲劳理论并不能很好地解释这种现象。但断裂力学理论可用于解决结构带有缺陷的疲劳裂纹扩展问题。在断裂力学中,根据结构中裂纹受到的外加载荷形式,可将裂纹划分为三种基本类型,即Ⅰ型张开型、Ⅱ型滑开型、Ⅲ型撕开型,如图2.1所示[32]:从图2.1中我们可观察到,这三种裂纹基本类型的受力形式和裂纹面分离形式有如下特点:
裂纹扩展得是快还是慢,这一问题可以用裂纹扩展速率da/dN来描述。疲劳裂纹扩展速率da/dN可表示在循环载荷作用下,裂纹尺寸在载荷每次循环后的扩展量。由线弹性断裂力学理论可知,裂纹的扩展速率da/dN可以用应力强度因子的幅值ΔK来控制。虽然对于每种材料在不同应力下有着不同的应力强度因子幅值ΔK和疲劳裂纹扩展速率da/dN,但是同时对da/dN和ΔK取对数,得到的lg(da/dN)-lg(ΔK)曲线图可以表示疲劳裂纹扩展的一般规律,如图2.2所示[32,37]。由图2.2可知,可将lg(da/dN)-lg(ΔK)双对数曲线划分为三个阶段:
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维裂纹扩展数值预报方法研究[J]. 黄如旭,万正权. 中国造船. 2019(01)
[2]基于相互作用积分法对有限厚度半椭圆表面裂纹经验公式的精度分析[J]. 侯帅,朱有利,邱骥,孙晓峰. 机械强度. 2018(06)
[3]S355J2W+N钢对接接头应力集中系数计算及回归分析[J]. 孙杨,王福山,胡立国,张印广,杨鑫华. 电焊机. 2018(11)
[4]基于有限元法对裂纹尖端应力强度因子的计算分析[J]. 袁浩,李菁,谢禹钧,侯汶雨. 机械制造与自动化. 2018(01)
[5]基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用[J]. 艾书民,于明,成晓鸣,王建方. 机械强度. 2018(01)
[6]加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计[J]. 宋晓飞,肖伟,何其健,刘均,程远胜. 中国舰船研究. 2018(01)
[7]基于缺口应力法的焊接接头疲劳强度评估[J]. 严仁军,何丰,谌伟. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(05)
[8]焊趾处椭圆表面裂纹的权函数与残余应力强度因子的权函数法[J]. 徐磊,黄小平. 船舶力学. 2017(04)
[9]双轴压载荷下T形节点焊趾处应力强度因子研究[J]. 严仁军,张红梅,辛辰. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(04)
[10]高强度钢在潜艇应用中的若干重要问题综述[J]. 杨建明,张新宇,刘朝骏. 中国舰船研究. 2016(01)
博士论文
[1]基于XFEM与动态自适应网格的裂纹扩展算法研究[D]. 滕子浩.华中科技大学 2019
[2]高强钢断裂韧性与裂纹扩展机制研究[D]. 李鹤飞.中国科学技术大学 2019
[3]金属结构表面裂纹疲劳扩展损伤程度研究[D]. 王兴路.西安建筑科技大学 2017
硕士论文
[1]潜器锥柱结构断裂疲劳特性数值仿真研究[D]. 魏周豆.大连理工大学 2019
[2]材料和结构中缺陷对大深度载人舱耐压球壳的影响分析[D]. 张苏杰.江苏科技大学 2018
[3]压缩循环载荷下深海耐压结构疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 许斐然.江苏科技大学 2018
[4]内聚力和虚拟裂纹闭合法在裂纹扩展数值模拟中的应用研究[D]. 桑元成.兰州理工大学 2017
[5]钢构件裂纹扩展数值模拟及其工程应用[D]. 徐双.武汉理工大学 2016
[6]高强钢焊接接头双轴疲劳裂纹扩展研究[D]. 张佳敏.浙江大学 2014
[7]压弯复杂应力下某高强钢焊接件的疲劳特征研究[D]. 刘慧.武汉理工大学 2011
[8]HTS-A钢对接接头的双轴低周疲劳寿命研究[D]. 周宏飞.武汉理工大学 2011
本文编号：3479101
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