船舶与海洋工程焊接结构多轴疲劳研究

发布时间：2017-07-26 00:01

  本文关键词：船舶与海洋工程焊接结构多轴疲劳研究

  更多相关文章： 多轴疲劳 焊接结构 MWCM 零点结构应力 焊接残余应力

【摘要】：在船舶与海洋工程实际中,多数的焊接结构是处于多轴疲劳损伤状态。引起焊接结构多轴疲劳的原因主要有三个方面：一是焊接结构本身受到不同类型载荷的联合作用；二是焊接部位复杂的几何外形,三是复杂的焊接残余应力场,导致局部区域处于多向应力状态。而至今人们过于集中研究简单的单轴疲劳问题,是导致疲劳断裂事故仍未得到完全控制的主要原因之一。大量研究结果表明,多轴疲劳在损伤机理上就和单轴疲劳存在较大差异,传统的单轴疲劳理论已经远远满足不了复杂焊接结构疲劳强度设计和评估方面的需要。因此,研究复杂焊接结构多轴疲劳机理,建立能够应用于工程实际的焊接结构多轴疲劳强度评估方法已成为将来的发展趋势。 目前,规范上还没有多轴疲劳评估的方法。国际上虽然提出了多种多轴疲劳寿命评估方法,但是还没有方法可以应用于实际的复杂焊接结构,尤其是对于遭受复杂交变载荷作用的船舶与海洋工程结构。其主要原因是现有的方法难以处理焊趾处复杂且不断变化的应力状态。另外,当前国际上多数的多轴疲劳方法均重点研究复杂载荷工况对焊接结构多轴疲劳寿命的影响,对焊接残余应力的关注也较少。 本文工作主要分为两个方面,首先针对现有方法难以处理焊趾处复杂交变应力状态的问题,提出了使用焊趾处沿板厚方向非线性峰值应力为零的位置作为焊接接头的疲劳评估点,可以直接计算焊趾处复杂应力状态,能够和多轴疲劳理论相结合,实现复杂结构的多轴疲劳评估,通过理论分析和数值计算验证了提出的方法用于多轴疲劳强度预测的可行性和正确性,比传统热点应力法更准确；其次针对当前多轴疲劳准则不考虑焊接残余应力的问题,提出了一种可以有效考虑高焊接残余应力的新多轴疲劳准则以及多轴疲劳寿命评估流程。利用公开发表的疲劳试验数据进行数值分析,结果表明新准则可以有效考虑焊接残余应力,并且比目前国际成熟的多轴疲劳准则预测精度高。
【关键词】：多轴疲劳 焊接结构 MWCM 零点结构应力 焊接残余应力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U671.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 多轴疲劳研究现状8-14
• 1.2.1 基于临界面法的多轴疲劳应力准则10-11
• 1.2.2 基于临界面法的多轴疲劳应变准则11-12
• 1.2.3 基于临界面法的多轴疲劳应变能密度准则12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 2 多轴疲劳损伤参量计算方法15-24
• 2.1 应力张量15-16
• 2.2 应力莫尔圆16-18
• 2.3 任意截面上应力分量18-19
• 2.4 任意截面上正应力幅值、平均值及最大值19-20
• 2.5 任意截面上剪切应力幅值和平均值20-24
• 3 零点结构应力法24-35
• 3.1 零点结构应力定义24-28
• 3.2 零点位置计算28-30
• 3.3 零点结构应力法精度验证30-34
• 3.4 小结34-35
• 4 零点结构应力法联合MWCM的多轴疲劳寿命预测35-43
• 4.1 MWCM介绍35-37
• 4.2 多轴载荷工况下零点位置及零点结构应力确定37-38
• 4.2.1 比例载荷作用下零点位置及零点结构应力确定37-38
• 4.2.2 非比例载荷作用下零点位置及零点结构应力确定38
• 4.3 应力修正的考虑38-39
• 4.4 零点结构应力法联合MWCM的多轴疲劳寿命预测39-42
• 4.5 小结42-43
• 5 一种新的考虑焊接残余应力的多轴疲劳寿命预测方法43-66
• 5.1 新模型介绍43-50
• 5.1.1 临界面确定44
• 5.1.2 焊趾位置应力特征44-45
• 5.1.3 新多轴疲劳模型45-50
• 5.2 新模型计算流程50-54
• 5.2.1 应力修正考虑50
• 5.2.2 评估点应力参量选取50-51
• 5.2.3 新模型计算流程51-54
• 5.3 热点应力法联合新模型的多轴疲劳寿命预测54-61
• 5.3.1 应力释放焊接试件54-58
• 5.3.2 含有焊接残余应力的焊接试件58-61
• 5.4 零点结构应力法联合新模型的多轴疲劳寿命预测61-63
• 5.5 四种多轴疲劳寿命评估方法对比63-64
• 5.6 讨论与小结64-66
• 5.6.1 讨论64-65
• 5.6.2 小结65-66
• 结论与展望66-67
• 参考文献67-71
• 基金项目信息71-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

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本文编号：573831