考虑腐蚀影响的含裂纹船体典型构件剩余强度研究

摘要

船舶与海洋结构物长期受到交变载荷的联合作用，焊接部位很容易出现疲劳裂纹。对于含穿透裂纹T型焊接板剩余强度的研究，一般选取应力强度因子作为评估参数，采用有限元模拟的方法，结合线弹性断裂力学理论进行剩余强度的评估。船舶与海洋结构物在整个服役期间，腐蚀是不得不考虑的重要影响因素，裂纹与腐蚀在耦合作用下对结构的损伤远远大于单一因素的影响。因此本文在对含穿透裂纹T型焊接板研究的基础上，考虑非均匀腐蚀因素的影响，研究T型焊接板在裂纹与非均匀腐蚀共同作用下，结构剩余强度的变化规律。 首先通过平板三维穿透裂纹，确定有限元模型计算结果的准确性。找到应力强度因子沿厚度方向分布的主要影响因素，尝试建立应力强度因子沿厚度方向分布图。 接下来建立含穿透裂纹T型焊接板，通过有限元计算确定应力强度因子沿厚度方向的分布规律，找到影响应力强度因子分布的主要因素，并确定应力强度因子最大值的出现位置。结合裂纹最大张口位移理论，建立应力强度因子最大值与最大张口位移之间的函数关系式。 最后，由于实体单元模型计算时间长以及模拟非均匀腐蚀的复杂性，本文尝试建立一种新的计算方法。将分形理论创建的非均匀腐蚀表面赋予简化壳单元计算模型，利用非均匀腐蚀壳单元模型应力强度因子计算结果，结合壳单元与实体单元之间的函数关系式，计算出实体单元模型在非均匀腐蚀下应力强度因子的大小。接着建立T型焊接板实体非均匀腐蚀有限元模型，对上述计算结果的正确性进行验证。最后结合线弹性断裂力学准则，评估含裂纹T型焊接板在非均匀腐蚀下剩余强度的大小。

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