循环载荷下考虑累积塑性影响的船体板CTOD理论及数值模拟研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将本模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明：在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时也为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供了途径。     

循环载荷下考虑累积塑性破坏的船体缺口板CTOD理论及数值模拟研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将该模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明:在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供途径。     

循环载荷下考虑累积塑性影响的含中心穿透裂纹板CTOD研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。研究表明,基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

循环载荷下船体圆孔板塑性累积与致断特性北大核心CSCD

[目的]为了解初始挠度形状对循环载荷下船体圆孔板塑性累积特性的影响,采用有限元软件ABAQUS对不同柔度系数和开孔尺寸的圆孔板,开展轴向循环载荷下的非线性弹塑性大挠度数值模拟。[方法]重点研究以第一阶屈曲模态和常用初始挠度公式构造初始挠度形状时,轴向循环载荷下圆孔板的塑性累积及其致断特性。[结果]研究表明,以常用初始挠度公式作为初始挠度形状的圆孔板,在相同循环载荷幅值下的塑性累积较第一阶屈曲模态缓和。同时,循环载荷幅值较小时,以第一阶屈曲模态作为初始挠度形状的圆孔板在相同载荷下的致断循环次数少于以常用初始挠度公式构造初始挠度形状的情况,但差异随载荷幅值的增大而减小。[结论]不同的初始挠度形状对圆孔板塑性累积与断裂起始的影响取决于柔度系数、开孔尺寸以及循环载荷幅值。     

双轴非比例低周疲劳载荷下船体裂纹板累积塑性数值分析

仅对单轴载荷下的船体受力情况分析已经不能满足当下船舶工程中存在的问题,本文对双轴非比例低周疲劳载荷作用下考虑累积塑性破坏的船体裂纹板进行理论分析,数值分析,探究在不同相位差、应力比、双轴应力比下的累积塑性破坏与低周疲劳的相互作用关系,为双轴非比例低周疲劳裂纹扩展行为提供合理规律。     

基于累积塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命研究（英文）

船体板的总体断裂破坏往往是低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的结果,故在船体板低周疲劳裂纹扩展寿命评估中,其基于累积塑性应变的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命分析能够更为符合实际地评估船体板的总体断裂承载能力。船体板低周疲劳裂纹扩展寿命由宏观可检测裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命。船体在实际航行中受到多次波浪外载作用而使其进入塑性变形不断累积或不断反复的破坏过程,并最终导致低周疲劳裂纹的萌生及扩展而使结构破坏,其破坏形式分别对应于增量塑性变形破坏(或棘轮效应)或交变塑性变形破坏(或低周疲劳)。局部塑性变形的累积会加剧低周疲劳裂纹不断扩展,因而基于累积塑性破坏研究船体板低周疲劳扩展寿命更为合理。文中以船体板单次循环载荷后塑性应变大小为基础,依据累积递增塑性破坏过程及弹塑性理论,计算经过N次变幅循环载荷后船体板累积塑性应变值,结合循环应力—应变曲线获得相应的稳定的迟滞回线,确定裂纹尖端应力应变曲线及确定相关塑性参量并依据选取的断裂判据判定裂纹扩展。建立循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命的计算模型考虑应力比对此裂纹扩展寿命计算模型的影响。由该方法计算出的疲劳裂纹扩展寿命将对正确预估船舶结构的低周疲劳强度从而提高船舶安全性有重要意义。     

船体裂纹板双轴非比例低周疲劳载荷下累积塑性行为研究

在恶劣海况中伴随着多轴高应力、低循环交变载荷作用下,船体结构不仅会出现多轴低周疲劳破坏,而且还存在着明显的累积塑性破坏。本文通过实验研究在双轴非比例低周疲劳载荷作用下,材质为Q235钢的船体斜裂纹板累积塑性损伤行为,提出双轴非比例低周疲劳载荷下基于累积塑性的裂纹板双轴非比例低周疲劳寿命预测模型。通过分析不同双轴非比例低周疲劳载荷下裂纹板的应力应变迟滞回线,重点探究不同双轴比、应力比和相位差等对低周期疲劳累积塑性变形的影响。研究结果可为准确评估在双轴非比例低周疲劳作用下船体结构断裂破坏行为提供重要依据。     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究（英文）

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果。基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型。通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性。通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析。该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义。     

循环载荷下AH32钢低周疲劳与累积塑性破坏交互作用试验研究（英文）

文章对AH32钢在循环载荷下低周疲劳破坏和累积塑性破坏的交互作用进行了试验研究。试验中分析了平均应力、应力幅值及应力比对低周疲劳裂纹扩展寿命和累积塑性应变的影响。试验结果表明,较大的循环载荷下发生两种失效模式,由裂纹扩展导致的低周疲劳失效和较大的塑性应变导致的累积塑性破坏。在试验结果的基础上,文中提出了考虑低周疲劳破坏和累积塑性破坏交互作用的失效模型,模型结果与试验结果较为吻合,说明其具有一定的可行性。     

循环载荷下船体板极限承载性能研究

研究船体板在轴向循环压缩载荷下的极限承载性能,对于保障船舶的总纵强度安全具有重要意义。本文运用系列方柱试件模拟船体板构件,对其在轴向循环压缩下的极限承载能力进行了试验研究,并运用非线性有限元方法对其中两个试件进行了数值分析。研究表明,船体板一次性崩溃压缩极限强度是循环压缩载荷下船体板极限强度的最大值,基于一次性崩溃理念的船体结构极限强度评估可能偏于危险。     

低周疲劳载荷下考虑累积塑性的船舶裂纹板剩余极限强度研究

研究表明在恶劣海洋环境中船体结构整体断裂破坏往往是低周疲劳破坏和累积塑性破坏的耦合结果。考虑这两者耦合作用的影响,评估船体结构的极限承载力更为实际。基于累积塑性和低周疲劳裂纹扩展,从理论上分析了平面内低周疲劳载荷下裂纹板的残余极限强度。经过一系列数值模拟,首先讨论低周疲劳裂纹扩展行为的影响,然后随着疲劳裂纹扩展的发展,主要讨论了初始变形,焊接残余应力,裂纹扩展长度,裂纹分布和裂纹板厚度对低周疲劳载荷下船体裂纹板极限强度的影响。     

二轴低周疲劳载荷下船体裂纹板累积塑性与断裂性能分析

恶劣海况中在多轴高应力、低循环交变载荷作用下,船体结构不仅会出现多轴低周疲劳破坏,而且还存在着明显的累积塑性破坏。应变强度因子ΔK_ε、J积分是评估船体结构二轴低周疲劳裂纹扩展断裂失效的重要控制参数。本文重点研究了二轴低周疲劳载荷作用下船体裂纹板的累积塑性规律以及二轴低周疲劳裂纹断裂参数。利用有限元数值模拟分析了二轴低周疲劳载荷下不同平均应力、应力幅和二轴应力比等相关因素对应变强度因子、J积分的影响,为正确评估船体裂纹板二轴低周疲劳裂纹扩展断裂行为提供了基础。     

冲击载荷作用下船体变形的数值模拟研究

为了提高船体在冲击载荷作用下的刚度和强度,从而应用在船体的强化设计中,研究冲击载荷作用下船体变形的数值模拟方法,提出基于连续体模型应力评估的船体变形的数值模拟模型,进行船体变形的应力屈服力学分析,建立在冲击荷载下的船体变形的延性断裂行为学模型,采用断裂韧度的规则化测试方法进行船体变形的数值模拟,结合连续体模型应力评估方法进行船体变形的机械强度分析和屈服响应评估,实现船体变形关联约束参量的准确评估和数值模拟。仿真测试表明,采用该方法进行冲击载荷作用下船体变形的数值模拟的精准度较高,通过准确模拟船体变形应力参数进行机械强度设计,改善船体抗冲击载荷能力。     

考虑累积塑性的船体裂纹板变幅低周疲劳裂纹扩展行为研究

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低、延展性不断耗失而逐渐分离的过程。基于弹塑性断裂力学理论,文章在作者对常幅载荷下提出的考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型的基础上对具有单个过载峰的拉伸/压缩过载下的扩展行为进行了研究。通过低周疲劳裂纹扩展试验进一步验证了该预测模型能合理评估具有单个过载峰的拉伸/压缩过载下的低周疲劳裂纹扩展行为。     

循环载荷作用下铝合金船体板架结构疲劳特性研究

为研究铝合金船体板架结构疲劳特性,寻求循环载荷作用下船体板架结构疲劳寿命变化规律。本文以铝合金船体板架结构为研究对象,设计制作不同节点实尺度板架模型,开展循环载荷作用下铝合金船体板架结构疲劳试验,获取试验中测点应力与循环加载次数等数据,并采用Ansys/Fe-safe平台建立模型进行疲劳仿真分析,将仿真得到节点板架S-N曲线与试验结果进行对比分析。结果表明:1)铝合金板架结构疲劳破坏模式存在一般性规律,节点2板架疲劳性能更好;2)试验与仿真得到节点板架疲劳裂纹萌生及破坏位置一致,且试验测得热点应力、循环寿命与仿真水平基本相当,揭示了节点板架结构断裂原因在于高载循环应力下产生的疲劳损伤;3)拟合得到试验与仿真S-N曲线吻合度较高,且试验曲线更偏于保守、安全。研究成果可为铝合金船体板架结构疲劳强度评估及寿命预测提供参考。     

基于反向方法的船体冰载荷研究（英文）

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

弯曲塑性变形下含表面裂纹船体板CTOD研究

本文针对船舶在中垂中拱等危险时刻,船体板遭受较大的弯曲塑性时,船体板三维表面裂纹的深度方向裂尖CTOD与船体板的最外层纤维等效塑性应变的关系进行研究。并采用有限元分析方法探讨了在纯弯曲状态下裂纹形状因子、裂纹深度和板厚等不同影响因素对裂尖处CTOD的影响,并基于有限元模拟的数据,提出了船体板表面裂纹在弯曲状态下基于应变关系的CTOD估算公式。     

船体冰载荷的反演确定法（英文）

由于船体结构受到的外部载荷及载荷承受能力决定了船体结构的损伤程度,因此船舶在冰区海域航行的安全性与其受到的冰载荷直接相关。本文根据极地科考补给船S.A. Agulhas II的原型测量数据,给出了两种艉肩部冰载荷的反演确定方法：一种为根据试验建立的影响系数矩阵法来确定肋骨处受到的冰载荷,另一种为利用Tikhonov正则化建立的三种离散方式来确定外板区域受到的冰载荷。计算结果表明,这两种方法均能克服数据处理过程中的病态性并得到船体结构的冰载荷。     

船体板在静,动载荷作用下的塑性响应

本文研究了矩形板和梁的塑性特性，采用较简单的理论方法来估计偶然横向载荷作用下舰船和水上运载具壳板的损伤。本文中砰击损伤方面以前的研究工作作了简要的回顾，并较详细地考虑了由于波浪冲击引起肥大型船首部的损伤。本文对已有的研究成果进行综合与分析，并同试验结果进行分析与比较，从而得出可供参考的计算方法。     

低周疲劳下船体缺口板的裂纹尖端张口位移理论及试验研究（英文）

文章旨在研究大范围屈服下船体缺口板的裂纹尖端张口位移。基于弹塑性断裂力学理论,建立了循环载荷下船体缺口板CTOD理论模型。进而,对于船用高强度钢AH36进行低周疲劳试验研究,对于影响裂纹尖端张口位移的参数,如应力比、应力幅和平均应力进行了深入探讨。