含裂紋損傷船體典型結構極限強度工程化評估方法研究

《含裂紋損傷船體典型結構極限強度工程化評估方法研究》是依託大連理工大學,由陳景傑擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：含裂紋損傷船體典型結構極限強度工程化評估方法研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳景傑

項目摘要

裂紋是船舶等大型焊接結構中不可避免的損傷缺陷，掌握裂紋尖端應力強度因子的變化情況是確定含裂紋損傷船體典型結構極限強度的關鍵，是保證船體結構安全運行的基礎。基於申請者已提出的根據裂紋最大張口位移確定應力強度因子的思路，本課題將通過理論分析和系列的有限元計算，考慮焊接尺寸、圓管曲面和裂紋形狀等參數的影響，建立對應修正係數的數學模型，提出適用於船體典型結構的應力強度因子工程化計算方法。在此基礎上，建立以裂紋最大張口位移為基礎的考慮超載遲滯效應的裂紋擴展速率模型，探究裂紋閉合現象和裂紋面的演變規律。再根據修正應力強度因子定義，提出考慮裂紋尖端塑性區影響的裂紋最大張口位移判定準則，建立與最大張口位移相關的極限強度表達式，提出含裂紋損傷船體典型結構極限強度工程化評估方法，為實際工程中船體結構的安全評估奠定基礎。

結題摘要

船舶等大型結構在焊接過程中不可避免的產生裂紋損傷，掌握與結構剩餘強度直接相關的裂紋尖端應力強度因子以及裂紋擴展規律是保證船體結構安全運行的前提條件。基於此，本項目主要研究了含裂紋損傷船體典型結構中裂紋尖端應力強度因子的計算方法；在適用於工程套用的裂紋擴展模型研究中，建立了裂紋尖端塑性區和張開應力量化模型；在含裂紋損傷極限強度評估中，建立了剩餘強度因子概念，提出了含裂紋損傷船體典型結構剩餘強度模型。 基於第一個研究內容，建立了基於裂紋表面最大張口位移確定裂紋尖端應力強度因子的簡便方法，編制了由裂紋表面最大張口位移估算含裂紋損傷板板焊接結構的裂紋深度進而確定裂紋深度方向應力強度因子的軟體，獲授權軟體著作權一項，同時發表相關論文4篇（其中EI 3篇），並參加了ISOPE國際會議，匯報相關成果，引起相關學者的注重；指導碩士生2名，已完成碩士論文1篇。 基於第二個研究內容，建立了基於裂紋最大張口位移變化量確定裂紋尖端塑性區尺寸和張開應力的簡便方法，該方法不僅彌補了壓應力作用下無法直接估算裂紋尖端塑性區尺寸的空白，而且消除了裂紋長度、模型邊界效應、材料屈服極限、外載入荷大小、橫向應力及材料硬化指數等因素的影響，具有較廣的適用範圍。該方法的建立尤其是張開應力的確定將進一步確定有效應力強度因子的大小為適用於工程結構的裂紋擴展模型的提出奠定基礎。對於這一方面的研究已在《Engineering Fracture Mechanics》國際期刊上發表SCI論文2篇，在國內EI期刊上發表論文2篇。將投稿SCI論文1篇。 基於第三個研究內容，建立了與應力強度因子和材料斷裂韌性相關的剩餘強度因子概念，提出了裂紋最大張口位移與剩餘強度因子之間的對應關係，實現了基於裂紋最大張口位移確定含裂紋損傷結構剩餘強度的簡便方法。該方法消除了裂紋尺寸、裂紋角度、外載入荷、模型寬度等多種因素的影響，具有較廣的適用範圍。對於這一方面的研究已完成本科生畢業論文1篇，相關研究成果正在整理，已投稿EI論文一篇（再審狀態）。