基于场强法的结构疲劳寿命预测方法研究

摘要

疲劳损伤是桥梁、飞行器、海洋工程结构及交通工具常见的破坏原因。在结构设计中,设计人员越来越重视结构的抗疲劳性能。目前对处于单轴应力状态下构件的疲劳寿命预测已经日趋成熟,但对处于多轴复杂应力状态下疲劳损伤的研究仍是难点,疲劳损伤机理尚没有得到统一。
　　场强法是近年来的研究热点。与以往疲劳损伤评估方法不同的是,该方法提出一个疲劳损伤区域,以该区域内的多个参量,例如应力峰值、应力梯度等评估构件的疲劳损伤。本文选用区域疲劳损伤寿命评估方法-应力场强法作为疲劳寿命评估的工具。主要做了以下几方面工作:
　　(1)系统、全面地阐述了场强法的基本理论和预测构件疲劳寿命的基本流程。结合块谱载荷下的试验结果,通过对材料为LY12-CZ的带孔薄板构件的有限元分析及应力场数值求解,获得该构件的局部应力场场强,并利用ANSYS软件提供的APDL参数化语言编制了求解应力场强的程序,根据材料S-N曲线,得到该构件疲劳寿命的估计值。与其他方法相比,验证了场强法预测疲劳寿命的精度;
　　(2)在场强思想的基础上,提出疲劳损伤区域构造方程,使疲劳损伤区域能够综合考虑缺口几何形状、载荷以及材料性能的影响;仿真结果表明采用改进的损伤区域定义,能较好地实现疲劳寿命预测;
　　(3)临界面法可以考虑多轴应力状态的影响。本文通过一点的应力状态分析和莫尔强度理论给出了临界面的确定方法和临界面上应力的计算方法。由于在高周疲劳寿命中裂纹萌生寿命占整个寿命区间的绝大部分,采用剪切应力作为疲劳破坏函数预测构件疲劳寿命。最后,论文对CII海洋平台桩腿的疲劳寿命进行预报。

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1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 疲劳损伤评估方法及理论进展

1.3 本文研究的主要内容

2 场强理论及其在疲劳寿命估算中的应用

2.1 场强法的提出

2.2 场强法的基本理论

2.3 应力场强法的数值求解

2.4 关于疲劳破坏区域和权函数的改进

2.5 多轴疲劳理论

2.6 对损伤区域改进有效性的验证分析

3 海洋平台建模及其动力响应

3.1 CII海洋平台概况及环境分析

3.2 环境载荷分析

4 海洋平台桩腿建模及其寿命分析

4.1 桩腿建模及动力响应

4.2 桩腿寿命分析

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表的学术论文

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