【摘要】：隨著船舶向大型化發(fā)展,對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化的要求日益提高,鋁合金材料因密度小(約為鋼的1/3)、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能優(yōu)良而在船體結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。但相對(duì)鋼材材料來(lái)說(shuō),鋁合金材料船體結(jié)構(gòu)的疲勞性能研究較少,再加上鋁合金材料焊接前后性能差異較大,也給疲勞強(qiáng)度的評(píng)估帶來(lái)很大困難。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)的研究工作主要集中在標(biāo)準(zhǔn)試件、焊接接頭等小尺寸試件的試驗(yàn)和數(shù)值仿真,對(duì)實(shí)尺度鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的疲勞性能極少有開(kāi)展相關(guān)的疲勞試驗(yàn)研究工作。本文針對(duì)實(shí)尺度鋁合金板架焊接結(jié)構(gòu)的疲勞及承載性能問(wèn)題開(kāi)展了一系列研究,得到了典型節(jié)點(diǎn)鋁合金板架的疲勞壽命-載荷曲線,揭示了焊接缺陷和焊接方式對(duì)鋁合金板架結(jié)構(gòu)承載性能的影響機(jī)理。首先,針對(duì)典型節(jié)點(diǎn)鋁合金板架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了極限承載能力的試驗(yàn)研究,獲得了鋁合金板架結(jié)構(gòu)的極限承載能力�；诓牧系恼鎸�(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線及對(duì)應(yīng)于單元特征長(zhǎng)度的失效應(yīng)變,對(duì)典型節(jié)點(diǎn)鋁合金板架結(jié)構(gòu)的極限承載能力進(jìn)行了數(shù)值仿真分析,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果吻合較好。接著,對(duì)鋁合金板架焊接結(jié)構(gòu)的焊縫進(jìn)行了無(wú)損探傷檢測(cè),并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果按焊縫缺陷程度分成兩類。依據(jù)極限承載能力試驗(yàn)結(jié)果將疲勞載荷分為3級(jí),開(kāi)展兩類鋁合金板架的疲勞試驗(yàn),獲得了兩類鋁合金板架的疲勞壽命及失效模式,闡明了焊接缺陷的存在對(duì)鋁合金板架疲勞壽命及失效模式的影響規(guī)律,得到了反復(fù)載荷作用下典型節(jié)點(diǎn)鋁合金板架的疲勞壽命-載荷曲線。最后,通過(guò)建立含不同焊接缺陷焊縫的局部有限元仿真分析模型,開(kāi)展了含焊接缺陷局部結(jié)構(gòu)的靜力仿真分析,獲得了焊接缺陷對(duì)局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分布變化的影響規(guī)律,揭示了含焊接缺陷焊縫疲勞裂紋萌生的機(jī)理。同時(shí)通過(guò)數(shù)值仿真對(duì)三種焊接方式的極限承載能力進(jìn)行了模擬,揭示了焊接方式對(duì)鋁合金板架結(jié)構(gòu)承載能力的影響規(guī)律。
【圖文】：

圖 1.1 油輪結(jié)構(gòu)裂紋(長(zhǎng)度大于 1.8m)[14]圖 1.2 Castro 號(hào)油船甲板裂紋(長(zhǎng)度大約 24m)[15]實(shí)船調(diào)查結(jié)果表明，船體結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中必須注意的問(wèn)題。疲勞控制的目標(biāo)是保證遭受疲勞動(dòng)載荷的船體結(jié)構(gòu)有足夠的疲勞壽命，疲勞壽命的計(jì)算、校核相關(guān)疲勞損壞數(shù)據(jù)可以給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。進(jìn)一步，它們可以形成船體結(jié)構(gòu)在制造和全運(yùn)營(yíng)壽命期內(nèi)的有效檢查程序。一般來(lái)說(shuō)，船體結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的失效模式大致可分為四類[16]：（1）疲勞裂紋從焊趾擴(kuò)展進(jìn)母材，在船體焊接結(jié)構(gòu)中，這是一種常見(jiàn)的失效模式，如圖 1.3 所示；（2）疲勞裂紋從焊縫根部擴(kuò)展貫通角焊縫，這是一種會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的失效模式，如圖 1.4 所示；（3）疲勞裂紋從焊縫根部進(jìn)入焊接下的剖面，這在結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)壽命期內(nèi)、疲勞試驗(yàn)中都可觀察到，如圖 1.5 所示；（4）疲勞裂紋起始于非焊接節(jié)點(diǎn)的自由邊，，在母材中的疲勞裂紋是一種具有高應(yīng)力循環(huán)次數(shù)構(gòu)件的失效模式，如圖 1.6 所示。

圖 1.1 油輪結(jié)構(gòu)裂紋(長(zhǎng)度大于 1.8m)[14]圖 1.2 Castro 號(hào)油船甲板裂紋(長(zhǎng)度大約 24m)[15]實(shí)船調(diào)查結(jié)果表明，船體結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中必須注意的問(wèn)題。疲勞控制的目標(biāo)是保證遭受疲勞動(dòng)載荷的船體結(jié)構(gòu)有足夠的疲勞壽命，疲勞壽命的計(jì)算、校核相關(guān)疲勞損壞數(shù)據(jù)可以給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。進(jìn)一步，它們可以形成船體結(jié)構(gòu)在制造和全運(yùn)營(yíng)壽命期內(nèi)的有效檢查程序。一般來(lái)說(shuō)，船體結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的失效模式大致可分為四類[16]：（1）疲勞裂紋從焊趾擴(kuò)展進(jìn)母材，在船體焊接結(jié)構(gòu)中，這是一種常見(jiàn)的失效模式，如圖 1.3 所示；（2）疲勞裂紋從焊縫根部擴(kuò)展貫通角焊縫，這是一種會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的失效模式，如圖 1.4 所示；（3）疲勞裂紋從焊縫根部進(jìn)入焊接下的剖面，這在結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)壽命期內(nèi)、疲勞試驗(yàn)中都可觀察到，如圖 1.5 所示；（4）疲勞裂紋起始于非焊接節(jié)點(diǎn)的自由邊，在母材中的疲勞裂紋是一種具有高應(yīng)力循環(huán)次數(shù)構(gòu)件的失效模式，如圖 1.6 所示。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U661.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624773