基于ABAQUS的船舶典型结构裂纹扩展模拟及分析研究

论文摘要

材料和结构中的缺陷是不可避免的,由缺陷引起结构在低应力作用下的断裂失效,是船舶与海洋工程结构物最重要、最常见的失效模式。断裂力学能够很好的解决此类问题,但只有极少数断裂力学问题存在解析解,绝大多数工程实际中遇到的断裂力学问题都要借助于数值分析方法才能够解决。本文主要采用有限元方法模拟船舶与海洋工程结构中的裂纹扩展问题。首先,考虑了裂纹扩展路径不确定的情况。基于ABAQUS平台,应用Python脚本语言编写了模拟裂纹自动扩展的程序模块,对含初始裂纹的大型液化天然气船(LNG)典型纵骨节点的裂纹扩展路径进行了模拟分析。然后,对于裂纹路经可以跟据结构和加载特点预知的情况,通过在裂纹扩路经上布置界面单元的方法来模拟裂纹扩展。采用ABAQUS内部子程序编写了VCCT断裂单元和内聚力单元,分别用于模拟弹性介质和弹塑性介质中的裂纹扩展问题。最后,针对船舶与海洋工程结构物中常见的疲劳裂纹问题,在VCCT单元中引入疲劳裂纹扩展模型,将其发展为疲劳界面单元。对典型的船用加筋板和简单舱段模型进行了疲劳裂纹扩展研究,初步评估了疲劳裂纹扩展寿命。本文的研究方法和结论为船舶与海洋工程领域的疲劳断裂分析提供了新的思路,对工程实践有一定指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 断裂力学理论背景
• 1.3 数值模拟裂纹扩展问题的国内外研究概况
• 1.4 本文研究内容
• 2 船舶典型纵骨节点裂纹扩展路径仿真分析
• 2.1 引言
• 2.2 基本原理
• 2.3 算例
• 2.4 小节
• 3 基于VCCT 技术的加筋板结构裂纹扩展分析
• 3.1 引言
• 3.2 虚拟裂纹闭合技术（VCCT）
• 3.3 算例
• 3.4 小节
• 4 基于内聚力模型的裂纹扩展模拟及分析
• 4.1 引言
• 4.2 内聚力模型
• 4.3 算例
• 4.4 小节
• 5 船舶加筋板结构疲劳疲劳裂纹扩展分析
• 5.1 引言
• 5.2 疲劳裂纹扩展模型
• 5.3 VCCT 疲劳单元
• 5.4 算例
• 5.5 小结
• 6 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者攻读硕士期间参与的研究项目和发表的论文