高强钢焊接接头双轴疲劳裂纹扩展研究

摘要

将高强度钢耐压壳结构运用于潜艇中时，由于其不断的下潜和上浮，会受到循环的压缩疲劳载荷作用。高强度钢耐压壳结构是大型的板壳焊接结构，焊接结构由于各种原因，在循环载荷下容易在焊趾处产生疲劳裂纹。在早期结构的疲劳寿命研究中，一般在估算结构疲劳寿命时，将循环载荷中的压缩部分忽略不计。但是一些研究者发现，在循环压缩载荷下会使结构产生疲劳破坏和疲劳裂纹。因此，研究高强度钢耐压壳焊接结构在循环压缩载荷下的疲劳裂纹扩展，具有重要的现实意义。
　　本文主要运用ABAQUS的二次开发语言Python，编制了双轴疲劳裂纹扩展软件，分析研究了高强度钢耐压壳结构常见的两种焊接接头试件---T型焊接试件和对接接头试件---的双轴疲劳裂纹扩展。通过对这两种焊接试件疲劳实验结果及受力特点进行分析后，并利用有限元计算分析预测了焊接试件的疲劳裂纹萌生方位。同时，我们还对T型焊接试件和对接接头试件进行了双轴和单轴压缩疲劳裂纹扩展分析。
　　通过本论文分析可以得出，焊接试件在双轴压缩疲劳载荷下，其初始裂纹一般在焊缝的焊趾处生成，初始裂纹方向沿着最大切应力方向。含有初始裂纹的焊接试样，在双轴压缩疲劳载荷下，会在裂纹尖端存在残余拉应力，此残余拉应力会驱使裂纹扩展，裂纹扩展速率开始时比较快，随着疲劳周次的增加，裂纹尖端残余拉应力逐渐减小，裂纹扩展速率就逐渐下降并趋于水平，裂纹最终停止扩展。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 多轴疲劳研究发展简况

1．2．1 多轴疲劳寿命预测方法

1．2．2 多轴疲劳裂纹萌生和扩展

1．3 压缩疲劳裂纹扩展研究

1．4 疲劳裂纹扩展分析方法

1．5 本文研究内容

2 双轴疲劳裂纹扩展分析基本理论

2．1 焊接接头的疲劳试验结果及受力特点

2．2 裂纹萌生方位的预测

2．2．1 T型焊接接头裂纹萌生方位

2．2．2 对接接头裂纹萌生方位

2．3 裂纹扩展方向预测

2．4 裂纹疲劳扩展速率

2．5 疲劳裂纹扩展演化模拟计算方法

2．6 本章小结

3 疲劳裂纹扩展软件编制

3．1 疲劳裂纹扩展有限元软件流程

3．1．1 焊接接头试件疲劳裂纹扩展仿真软件

3．1．2 一般结构痰劳裂纹扩展仿真软件

3．2 疲劳裂纹扩展分析软件说明

3．3 本章小结

4 T型焊接接头试件压缩疲劳裂纹扩展分析

4．1 裂纹体模型及载荷工况

4．2 裂纹前沿应力及J积分分析

4．3 T型焊接试件疲劳裂纹扩展分析

4．3．1 双轴和单轴疲劳裂纹扩展比较

4．3．2 横向力对疲劳裂纹扩展的影响分析

4．3．3 不同初始裂纹角的影响分析

4．4 本章小结

5 对接接头试件疲劳裂纹扩展分析

5．1 裂纹体模型及载荷工况

5．2 弹性和弹塑性计算对比

5．3 双轴和单轴疲劳裂纹扩展比较

5．4 纵向载荷对疲劳裂纹扩展的影响

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介