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基于临界面法的焊接结构多轴疲劳强度研究

作　者: 赵一阳
导　师: 黄一；刘刚
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 多轴疲劳 MWCM 有限元法比例与非比例载荷热点应力
分类号: TG405
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

疲劳失效是工程结构件最主要的破坏形式之一。船舶与海洋结构物上的焊接构件在服役过程中往往承受多轴载荷的作用,因此多轴疲劳理论研究对船舶与海洋工程结构疲劳强度评估具有非常重要的意义。相对于单轴疲劳而言,多轴疲劳无论在力学分析方面还是物理机制方面都更为复杂,目前仍是国际疲劳研究领域的热点和难点问题。首先,本文介绍了一种新的基于临界面法的多轴疲劳寿命预测方法即MWCM,并详细介绍了应用MWCM对焊接结构进行多轴疲劳寿命预测的原理及过程,并将该方法成功地应用于常见焊接接头的多轴疲劳寿命预测中。其次,本文以焊接十字接头和T型接头为例,建立了其3D有限元模型,并对单轴／多轴比例与非比例载荷进行了研究。本文提出应用载荷离散的方法处理多轴非比例载荷,因此为了得到在某一种非比例载荷作用下的最大剪应力面上的剪应力是完全依赖于载荷路径的离散程度的,因此本文提出编程进行样条曲线插值得到最大剪应力面(临界面)上的疲劳损伤参量。这种方法降低了载荷分离的离散程度的影响,弱化了人为因素,使计算结果更加准确。最后,本文在提取疲劳评估点处的应力状态时采用了两种方法,一种是临界距离法,另一种是基于非线性应力峰值自平衡的热点应力法。本文利用MWCM与临界距离法相结合,预测了焊接十字接头在常见的六种多轴载荷路径下的多轴疲劳寿命,并将单轴载荷作用下的结果与相应的疲劳试验结果进行对比；MWCM与新的热点应力方法相结合,预测了焊接T型接头在常见的十种多轴载荷路径下的多轴疲劳寿命,加载路径包括单轴拉压、扭转、45°及90°非比例椭圆路径、90°非比例圆形路径等。结果表明,在单轴载荷作用下,MWCM的预测结果与试验结果吻合的很好,结果非常精确。在多轴载荷作用下,MWCM的评估流程简单、能够准确地预测多轴疲劳寿命,并且其趋势符合疲劳试验的结果,具有工程实际意义。

基于临界面法的焊接结构多轴疲劳强度研究

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