裂紋尖端的張口位移是描述韌性材料發(fā)生裂紋擴(kuò)展的主要參數(shù)之一,現(xiàn)代船舶及海洋結(jié)構(gòu)物的建造需要大量使用鋼材,而斷裂失效是這些鋼材結(jié)構(gòu)破壞的常見形式之一。由于裂紋擴(kuò)展這一動態(tài)過程增加了裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場的復(fù)雜性,目前對裂紋尖端張開位移的研究主要是在靜態(tài)裂紋的情況下進(jìn)行,而有限元方法是研究此類問題時(shí)主要采用的途徑之一。本文基于彈塑性斷裂力學(xué),采用有限元數(shù)值模擬計(jì)算,研究循環(huán)載荷作用下的含中心穿透裂紋平板在裂紋擴(kuò)展過程中的裂尖張口位移幅值變化規(guī)律,建立裂尖張口位移幅值的簡單計(jì)算模型,為材料的斷裂評估和裂紋的擴(kuò)展提供參考。本文的主要工作歸納如下:首先,引入最大張口位移參量,在常幅循環(huán)拉伸載荷的情況下,通過理論分析證明了最大張口位移幅值和裂紋尖端張口位移幅值之間存在內(nèi)在的聯(lián)系,接著采用有限元數(shù)值仿真,建立裂紋擴(kuò)展情況下的基于最大張口位移幅值的裂紋尖端張口位移幅值的計(jì)算模型,并進(jìn)一步分析了大范圍屈服、平板寬度、初始裂紋長度、應(yīng)力比、材料特性(屈服強(qiáng)度、彈性模量和材料硬化)對建立的模型構(gòu)成的影響,從而對已建立的評估公式進(jìn)行修正以提高其適用范圍。其次,在常幅循環(huán)拉伸載荷的基礎(chǔ)上考慮拉伸過載的影響,計(jì)算結(jié)果表明拉伸過載顯著地增加了裂尖張口位移幅值,之后隨著裂紋的擴(kuò)展裂尖張口位移幅值逐漸減小,最后又逐漸恢復(fù)到過載之前的穩(wěn)定值。過載之后裂尖張口位移的減小解釋了裂紋擴(kuò)展的拉伸過載遲滯效應(yīng),并且過載后的裂尖張口位移幅值的穩(wěn)定值可以采用前面的公式進(jìn)行評估。最后,在常幅循環(huán)拉伸載荷作用的基礎(chǔ)上研究了壓載荷的作用對裂尖張口位移的影響,建立了循環(huán)拉壓載荷作用下基于裂紋最大張開位移幅值評估裂尖張口位移幅值的計(jì)算公式。并進(jìn)一步探究了外載荷、材料特性(屈服強(qiáng)度、彈性模量和材料硬化)及平板寬度與初始裂紋長度比值的影響,從而對建立的評估公式進(jìn)行修正以提高其適用范圍。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U668
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 CTOD的定義
    1.3 CTOD的應(yīng)用
        1.3.1 CTOD判據(jù)
        1.3.2 CTOD與裂紋擴(kuò)展
    1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 理論分析
        1.4.2 實(shí)驗(yàn)測量
        1.4.3 數(shù)值計(jì)算
    1.5 本文研究內(nèi)容
2 常幅循環(huán)拉伸載荷下的CTOD計(jì)算模型的研究
    2.1 引言…
    2.2 理論背景
    2.3 有限元分析
        2.3.1 計(jì)算模型
        2.3.2 CTOD的確定
        2.3.3 裂紋的擴(kuò)展
        2.3.4 網(wǎng)格尺寸的確定
    2.4 CTOD幅值與MCOD幅值的關(guān)系
        2.4.1 平板寬度的影響
        2.4.2 初始裂紋長度的影響
        2.4.3 應(yīng)力比的影響
        2.4.4 屈服強(qiáng)度的影響
        2.4.5 彈性模量的影響
        2.4.6 應(yīng)變硬化的影響
    2.5 本章小結(jié)
3 拉伸過載下的CTOD計(jì)算模型的研究
    3.1 引言
    3.2 有限元分析
    3.3 CTOD幅值與MCOD幅值的關(guān)系
        3.3.1 過載比的影響
        3.3.2 應(yīng)力比的影響
        3.3.3 應(yīng)變硬化的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 常幅循環(huán)拉壓載荷下的CTOD計(jì)算模型的研究
    4.1 引言
    4.2 有限元分析
    4.3 CTOD幅值與MCOD幅值的關(guān)系
        4.3.1 拉載荷峰值的影響
        4.3.2 屈服強(qiáng)度的影響
        4.3.3 彈性模量的影響
        4.3.4 平板寬度與初始裂紋長度比值的影響
        4.3.5 應(yīng)變硬化的影響
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2838971