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1、如今,越來(lái)越多的國(guó)家將深海資源的開(kāi)發(fā)與利用定位成重要的戰(zhàn)略目標(biāo),因此在海洋資源上的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。深海載人潛水器作為深海科學(xué)考察的重要工具,在深海地理環(huán)境研究、海洋資源調(diào)查和深海生物基因研究等方面起著至關(guān)重要的作用。由于海洋環(huán)境具有較大的復(fù)雜性和多變性,潛水器在服役期間承受著周期性的波動(dòng)載荷,所以疲勞破壞成為了深潛器等海洋結(jié)構(gòu)物在服役期間的主要破壞形式之一。深海載人潛水器耐壓殼體材料的壽命與潛水器的可靠性和服役期限密切相關(guān),雖然一直以
2、來(lái)對(duì)潛水器耐壓殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí),采用的載荷譜都為疲勞循環(huán)載荷,但在實(shí)際工作過(guò)程中潛水器耐壓殼結(jié)構(gòu)除了承受下潛和上浮的循環(huán)載荷之外,還承受著下潛到深度工作時(shí)的保持載荷。因此,耐壓殼結(jié)構(gòu)的疲勞實(shí)際還存在著保載-疲勞問(wèn)題。鈦合金材料由于其突出的力學(xué)性能,成為潛艇和深潛器耐壓殼體制造的重要材料,且大量的試驗(yàn)都證明保載-疲勞下的結(jié)構(gòu)壽命要明顯低于純疲勞條件下的結(jié)構(gòu)壽命。因此,開(kāi)展對(duì)大深度載人潛水器耐壓殼用鈦合金材料的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率
3、預(yù)報(bào)方法研究是具有重要科學(xué)研究前景和工程實(shí)際意義的。
本文的主要研究目的是提出一種適用于大深度載人潛水器耐壓殼結(jié)構(gòu)的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展行為預(yù)報(bào)方法,并利用該方法對(duì)潛水器耐壓殼用典型鈦合金材料的保載-疲勞壽命和裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行預(yù)報(bào)?;谶@一目的,本文主要研究?jī)?nèi)容有如下幾個(gè)方面:
(1)對(duì)國(guó)內(nèi)外疲勞和保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)總結(jié)保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)方法,為本文的研究奠定基礎(chǔ);
(2)
4、對(duì)保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)模型進(jìn)行修正,提出一個(gè)與保載時(shí)間相關(guān)的參數(shù)?,使修正后的預(yù)報(bào)模型更加適用于保載時(shí)間影響下的裂紋擴(kuò)展情況;
(3)對(duì)本文修正后的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)模型中的新增的參數(shù)?以及疲勞項(xiàng)和保載項(xiàng)中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析,并研究了保載時(shí)間、材料參數(shù)?對(duì)保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響。基于修正后的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)模型,對(duì)IMI834、Ti-6242和Ti-6Al-4V三種鈦合金的疲勞和保載-疲勞裂
5、紋擴(kuò)展行為進(jìn)行預(yù)報(bào)研究,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證修正后的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)模型的適用性;
(4)對(duì)潛水器常用鈦合金 Ti-6Al-4V進(jìn)行疲勞和保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)拉伸試驗(yàn)和斷裂韌性試驗(yàn)以得到鈦合金 Ti-6Al-4V的基本力學(xué)性能,最終進(jìn)行疲勞和保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),并與本文修正后的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證修正后的預(yù)報(bào)模型的適用性,并比較不同保載時(shí)間對(duì)保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速
6、率的影響;
(5)對(duì)鈦合金Ti-6Al-4V疲勞和保載-疲勞裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行數(shù)值模擬研究。為了直觀地觀察到裂紋擴(kuò)展過(guò)程,本文利用 Abaqus軟件建立有限元模型,再利用 Zencrack軟件對(duì)裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行數(shù)值模擬,最終得到裂紋擴(kuò)展速率,以及裂紋擴(kuò)展過(guò)程的前緣形狀、應(yīng)力分布和擴(kuò)展路徑。
本文的創(chuàng)新性工作主要體現(xiàn)在:基于海洋結(jié)構(gòu)物保載-疲勞裂紋擴(kuò)展行為預(yù)報(bào)方法,對(duì)已有的保載-疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)報(bào)模型進(jìn)行修正,并對(duì)不同
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