论文部分内容阅读
鉴于目前对潜艇等耐压结构的疲劳性能研究大多集中在其外形几何形状突变处，如锥柱壳结合处，而对其结构中 T型焊接节点的疲劳性能研究较少，尤其是承受压载荷作用的 T型焊接节点。因此本文将以潜艇横舱壁水平大梁的端部 T型焊接结构作为研究对象，同时，随着压应力下疲劳性能研究的发展，循环压载荷作用也会使得疲劳裂纹萌生并扩展这一结论得到了越来越多理论和试验的验证；但考虑到循环压载荷下疲劳裂纹萌生和扩展的机理较为复杂，目前的研究成果大多集中于单轴循环压载荷情况，试件形式也多以带缺口的CT试件为主，而对承受双轴循环压载荷作用的 T型焊接接头，其焊趾处会形成极其复杂的应力场，包括外加压应力、焊接残余应力及压缩塑性区域产生的拉伸残余应力等应力成分，使得如何合理有效的分析焊趾处疲劳裂纹在此复杂应力场中的扩展情况成为了其疲劳性能研究过程中亟待解决的问题之一。 为了合理的分析T型焊接接头焊趾处疲劳裂纹在复杂应力场中的扩展情况，本文选取了本实验室现有的疲劳试验数据，并使用了有限元分析和经验公式计算相结合的研究方法；首先，定性的分析了复杂应力场中 T型试件焊趾处疲劳裂纹扩展机理，明确了焊趾处压缩塑性区域产生的拉伸残余应力、焊接残余拉应力及垂直压载荷对其疲劳裂纹扩展的影响，从而确定了焊趾处疲劳裂纹扩展的驱动力成分；然后，为合理的计算焊趾处疲劳裂纹的应力强度因子，以Newman-Ruja经验公式为基础，使用有限元方法定量的分析了 T型节点焊趾几何形状、焊接残余应力、双轴载荷及压载荷形式对焊趾处应力强度因子的影响，从而得到了改进后的焊趾处疲劳裂纹应力强度因子计算公式；最后，在验证了双参数疲劳裂纹扩展模型适用于循环压载荷情况的基础上，依据改进后的应力强度因子计算公式，给出了能用于分析复杂应力场中 T型试件焊趾处疲劳裂纹扩展寿命的双参数疲劳裂纹扩展模型。此双参数疲劳裂纹扩展模型给出的扩展曲线与试验数据吻合度较好，并根据试件的对比试验数据对其扩展模型中相关参数的影响因素及物理意义进行了分析，进一步验证了所提出的改进后的双参数疲劳裂纹扩展模型的合理性和可行性。 本文所提出的 T型焊接接头焊趾处应力强度因子计算公式和双参数疲劳裂纹扩展模型，能合理的解释双轴循环压载荷下 T型焊接接头焊趾处疲劳裂纹的扩展情况，探索了研究此类疲劳裂纹扩展问题的新思路；同时，也可为多轴压载荷下焊接结构焊趾处疲劳裂纹扩展的研究提供参考。