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基于结构应力的焊接接头疲劳强度评估

作　者: 于倩
导　师: 刘刚
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: 焊接接头结构应力 Dong法疲劳
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在船舶与海洋工程领域中,疲劳破坏是结构的主要失效原因之一。对失效构件的维护和更换需要投入大量的成本,故疲劳预测成为船舶与海洋工程结构物结构设计的重要内容之一,疲劳强度和寿命预报结果,直接影响到结构的制造工艺、成本和可用性。在有限元疲劳寿命分析中,产生的应力、应变等结果,存在严重的网格敏感性,网格大小稍有变化,对有限元计算结果和热点应力结果都会产生较大影响。在传统的热点应力方法中,对网格的控制花费了分析中的较大部分人力和物力,大大增加了结构设计成本,并影响疲劳寿命评估的精准度。2001年,新奥尔良大学的Dong Pingsha教授提出命名为Dong法的结构应力方法,应用基础结构力学理论,使热点应力的计算不再受到网格大小和形式的严重影响。在结构分析中,利用这种方法,可以采用细化网格以精确模拟接头几何形状,也可以使用粗网格以降低建模成本和难度,能够任意改变网格划分形式而不影响应力结果大小,具有重大的使用价值。针对该方法后处理复杂的特点,本论文编制相应的计算程序,简化数据后处理过程,并且对常见接头的应力集中系数进行计算,为后人对Dong法的研究和应用提供参考和依据。本文所开展的主要工作如下：(1)对几种常用焊接接头,在不同的网格密度和不同单元类型下进行有限元建模,计算其应力结果,并且对模型的边界条件进行了恰当处理。(2)根据Dong法,编制计算程序,对有限元计算结果进行处理,得到热点应力值,对已有计算结果的接头在不同网格密度和单元类型下的热点应力值进行对比和分析,验证其结果的网格不敏感性。(3)将通过Dong法得到的热点应力结果,与通过传统线性外推方法得到的结果进行对比,验证程序对已知结果焊接接头的可用性。(4)使用程序计算管节点的应力集中系数,与规范推荐值进行对比,验证计算程序对管节点的可用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1. 绪论  8-20
  1.1 概述  8-9
  1.2 焊接结构疲劳原理及校核方法简介  9-18
    1.2.1 名义应力法  10-11
    1.2.2 结构应力法  11-16
    1.2.3 局部应力法  16-18
  1.3 论文的意义和内容  18-20
2. 等效应力法理论介绍  20-32
  2.1 概述  20-22
  2.2 结构应力定义及公式描述  22-32
    2.2.1 应力沿板厚单调分布的实体模型  23-24
    2.2.2 存在有限深度裂纹的实体模型  24-25
    2.2.3 沿板厚应力分布非单调的实体模型  25-27
    2.2.4 壳单元模型  27-32
3. 焊接接头数值试验  32-51
  3.1 数值试验步骤和方法概述  32
  3.2 搭接接头模型  32-36
    3.2.1 实体模型建立  32-34
    3.2.2 壳单元模型建立  34-36
  3.3 T型接头模型  36-38
    3.3.1 实体模型建立  36-37
    3.3.2 壳单元模型建立  37-38
  3.4 T型管节点模型  38-41
    3.4.1 模型概况  38-40
    3.4.2 壳单元模型建立  40-41
  3.5 等效应力结果与对比分析  41-51
    3.5.1 搭接接头模型  41-43
    3.5.2 T型接头模型  43-45
    3.5.3 T型管节点模型  45-51
结论  51-52
参考文献  52-54
附录A 部分计算数据及程序  54-75
  A.1 搭接接头计算数据  54-59
    A.1.1 搭接接头实体单元截面应力  54-55
    A.1.2 搭接接头壳单元模型单元力  55-59
  A.2 T型接头计算数据  59-64
    A.2.1 T型接头实体单元截面应力  59-60
    A.2.2 T型接头壳单元模型单元力  60-64
  A.3 实体单元计算中matlab后处理程序  64-66
    A.3.1 主程序  64-65
    A.3.2 子程序  65-66
  A.4 部分Ansys命令流程序  66-75
    A.4.1 实体单元计算中搭接接头的数据输出程序  66-67
    A.4.2 壳单元计算中搭接接头的数据输出程序  67-68
    A.4.3 壳单元计算中T型管节点的数据输出程序  68-75
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  75-76
致谢  76-77

基于结构应力的焊接接头疲劳强度评估

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