基于扩展有限元的加筋板低周疲劳强度研究

摘要

随着船舶的大型化和高强度钢的普遍使用，船舶结构的疲劳问题愈加突出，迫切地需要深入进行船舶结构疲劳断裂失效研究。对比传统的S-N曲线方法，断裂力学可以解释疲劳裂纹扩展的深层机理，基于断裂力学的扩展有限元方法是近些年新的结构疲劳强度研究方法。
　　本文采用扩展有限元拟方法，进行了加筋板结构在高应力、低频循环荷载作用下的疲劳强度研究。主要工作如下:
　　(1)分别采用有限元法、扩展有限元法计算无限大板中心穿透裂纹的应力强度因子并和理论解进行对比，验证本文数值模拟方法（扩展有限元法）的有效性。
　　(2)采用扩展有限元法，进行了单向拉伸荷载作用下含裂纹损伤的平板和加筋板的极限承载力计算，分析了含裂纹的平板极限承载力的影响因素。
　　(3)进行了循环荷载作用下裂纹的扩展速率计算，并与Paris公式曲线进行对比;计算了含Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹损伤的平板在循环荷载作用下的低周疲劳强度，进行了含裂纹损伤构件的极限承载力影响分析。
　　(4)采用扩展有限元法，计算了含裂纹损伤的加筋板在低周循环荷载作用下的疲劳强度，总结比较多加筋板疲劳裂纹扩展造成结构极限承载力退化的规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究进展及现状

1．2．1 疲劳问题的提出

1．2．2 低周疲劳的研究进展

1．2．3 低周疲劳强度的主要分析方法

1．3 本文的主要研究工作

第二章 断裂力学基本理论及数值模拟方法

2．1 概述

2．2 裂纹的类型

2．2．1 按几何特征分类

2．2．2 按外荷载形式分类

2．3 断裂判据

2．3．1 G判据

2．3．2 K判据

2．3．3 COD判据

2．3．4 J判据

2．4 复合型裂纹开裂准则

2．4．1 最大周向应力理论

2．4．2 能量释放率理论

2．5 疲劳破坏机理

2．5．1 疲劳裂纹的形成

2．5．2 疲劳裂纹扩展速率

2．6 数值模拟方法

2．6．1 有限元法模拟裂纹扩展

2．6．2 扩展有限元法模拟裂纹扩展

2．6．3 控制方程

第三章 单向拉伸含裂纹损伤加筋板的剩余强度研究

3．1 引言

3．2 中心穿透裂纹板的应力强度因子

3．2．1 有限元法计算应力强度因子

3．2．2 扩展有限元计算应力强度因子

3．3 单向拉伸荷载作用下裂纹板极限强度研究

3．3．1 有限元模型参数

3．3．2 有限元模型和边界条件

3．3．3 计算结果分析

3．4 单向拉伸荷载作用下含裂纹的加筋板极限强度研究

3．4．1 有限元模型参数

3．4．2 有限元模型和边界条件

3．4．3 计算结果分析

3．5 总结

第四章 循环荷载作用下裂纹板的疲劳强度研究

4．1 引言

4．2 含中心裂纹板疲劳强度计算

4．2．1 有限元模型

4．2．2 计算分析

4．2．3 结果分析

4．3 含边缘裂纹板疲劳强度计算

4．3．1 有限元模型

4．3．2 计算分析

4．3．2 结果分析

4．4 双裂纹板疲劳强度计算

4．4．1 有限元模型

4．4．2 结果分析

4．5 总结

第五章 循环荷载作用下加筋板的疲劳强度研究

5．1 引言

5．2 含单裂纹损伤加筋板的疲劳强度研究

5．2．1 有限元模型

5．2．2 计算分析

5．2．3 计算结果分析

5．3 含双裂纹的加筋板疲劳强度研究

5．3．1 有限元模型

5．3．2 计算分析

5．3．3 结果分析

5．4 总结

第六章 结论和展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢