海洋工程用钢疲劳性能与CTOD韧度的研究

论文摘要

疲劳破坏和脆性断裂是海洋工程结构中最常见的两种破坏形式。随着海洋结构物逐渐迈入深海,用于海洋结构物上的钢板厚度越来越大,强度越来越高,所以海工用钢的疲劳性能和韧性对保障结构安全起着更加重要的作用。如果钢板的抗疲劳性能好,那么结构不会产生疲劳裂纹或者裂纹扩展的速度很慢；如果钢板的韧性好,那么即使结构产生了疲劳裂纹也可以有效地将裂纹止住,不会发生危害极大的脆性断裂。因此对海工用钢进行疲劳性能和韧度的评价是一项很有意义的工作。本文的研究内容分为三个部分：第一部分是关于海工用钢韧度评定的研究（第二章）；第二部分是关于海工用钢疲劳性能测试的研究（第三、四章）：第三部分是关于海工用钢疲劳寿命和CTOD值关系的研究（第五章）。海工用钢具有厚度大,强度高,韧性要求高等特点,本文选取了具有代表性的海工用钢EQ70作为研究对象。首先本文结合海工用钢的特点分析了现有的测定材料韧度的方法,证明CTOD试验是评定海工用钢韧度最适宜的方法,并用该方法对EQ70钢的韧度进行评定,结果表明EQ70具有良好的低温韧性。然后本文比较了目前测试材料疲劳性能的方法,结合海工用钢的特点选取一套合适的方法测试了EQ70钢的疲劳寿命,得出材料S-N曲线,进而得出P-S-N曲线。结果显示,EQ70钢具有良好抵抗裂纹萌生的能力。同时,本文还对疲劳数据的分布规律进行了分析,证明EQ70钢的对数疲劳寿命满足正态分布规律。接着本文在P-S-N曲线基础上,提出了P-S-N曲面法。该方法可以统计材料在不同可靠度下的S-N曲线。经过验证,该方法具有良好的精度,能够帮助设计人员更加方便快捷地得出目标可靠度下的S-N曲线。最后本文将疲劳试验数据和CTOD试验数据进行了分析,得出了EQ70钢对数疲劳寿命1gN和韧度CTOD值δ具有正相关线性关系。利用这种关系,本文提出了两种方法和一个模型方程。两种方法分别为概率分布法和P-δ直线法,前者可以用于评价CTOD值满足允许值的概率大小以及用于比较两种材料的韧性值的优劣,后者用于确定目标可靠度下CTOD特征值。CTOD-寿命模型方程为预测同种材料疲劳性能和韧度值奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 海洋工程用钢的发展概况
• 1.3 本文研究的内容
• 第2章 海洋工程用钢CTOD韧度的评定
• 2.1 韧度的基本概念
• 2.1.1 韧度的概念及其重要性
• 2.1.2 韧度的测试方法
• 2.2 海洋工程用钢韧度评定方法
• 2.2.1 海洋工程用钢韧度测试方法的选取
• 2.2.2 CTOD试验
• 2.3 结论
• 第3章 海洋工程用钢的疲劳性能研究
• 3.1 疲劳概述
• 3.1.1 疲劳发展史
• 3.1.2 疲劳的分类
• 3.1.3 影响疲劳寿命的因素
• 3.1.4 海洋工程疲劳研究的现状
• 3.2 疲劳试验
• 3.2.1 疲劳试验的设计
• 3.2.2 疲劳试验过程
• 3.3 本章小结
• 第4章 疲劳试验数据的概率分析
• 4.1 基于可靠度的疲劳P-S-N曲线
• 4.1.1 P-S-N曲线意义
• 4.1.2 P-S-N曲线的计算过程
• 4.2 母体分布规律的估计
• 4.2.1 同级应力幅下寿命分布
• 4.2.2 同级寿命下应力的分布
• 4.3 本章小结
• 第5章 CTOD值和对数疲劳寿命关系的研究
• 5.1 对数疲劳寿命与CTOD值的关系
• 5.1.1 数据拟合
• 5.1.2 数据分析
• 5.2 对数疲劳寿命和CTOD值关系原因分析
• 5.3 CTOD值和疲劳寿命关系研究的应用
• 5.3.1 疲劳概率分析在CTOD特征值评定的应用
• 5.3.2 CTOD-寿命模型方程
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 附录