潛艇結構疲勞強度研究綜述

《潛艇結構疲勞強度研究綜述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、文章編號:1006-1088(2004)03-0015-06潛艇結構疲勞強度研究綜述李良碧,王自力(江蘇科技大學船舶與海洋工程學院,江蘇鎮(zhèn)江212003)摘要:隨著高強鋼潛艇下潛深度的增加,疲勞問題就更顯突出。本文敘述了潛艇結構疲勞強度研究的方法及發(fā)展概況;分析了焊接殘余應力、介質、多裂紋并存對焊接結構疲勞壽命的影響,提出應使用有限元數(shù)值模擬計算和試驗相結合的方法深入研究;最后提出尚需研究的幾個問題。關鍵詞:潛艇;疲勞;斷裂;裂紋擴展中圖分類號:TB212文獻標識碼:ASummarizationaboutFatigueStren

2、gthResearchofSubmarineStructuresLILiang2bi,WANGZi2li(SchoolofNavalArchitectureandOceanEng.,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,ZhenjiangJiangsu212003,China)Abstract:Thedeeperthesubmarineis,themorethefatigueproblemsare.Inthispaper,thestudymethodsandthedevelopments

3、urveyoffatiguestrengthofsubmarinestructuresaredescribed;Theinfluenceofweld2ingresidualstress,mediumandmultiplecracksonthefatiguelifeofweldingpressurestructuresisanalyzed,furtherstudiesbymumericalsimulationandexperimentalmethodsareadvanced;Atlast,someproblemstobestudi

4、edareadvanced.Keywords:submarine;fatigue;fracture;crackgrowth0引言潛艇的近代發(fā)展趨勢是向大深度、大容積方向發(fā)展。由于正浮力的要求,耐壓殼體結構的重量不能設計得過大,最好使其減少到最低限度,所以殼體多選用較高強度的材料。雖然高強鋼的使用帶來了承載能力的增加,但并沒有使其疲勞強度有明顯增高,如美國的HY80和HY100,日本的NS63,前蘇聯(lián)的AK-25等鋼種。為了求得高強度、高韌性、良好的可焊性及抗爆炸等綜合指標的較好匹配,其屈服極限與強度極限之比(屈強比)已接近甚至超

5、過019,而一般壓力容器所使用的低碳鋼和低合金鋼的屈強比只有016～017左右。潛艇用鋼一旦進入屈服狀態(tài)后,其塑性儲備就大大減小,降低了抵抗疲勞破壞的能力。因此,高強鋼潛艇的疲勞問題就更加突出。我國為大型潛艇研制的高強鋼,屈強比超過0191。所以對高強鋼潛艇的疲勞展開研究具有軍事戰(zhàn)略意義。收稿日期:2003-09-15華東船舶工業(yè)學院學報(自然科學版)2004年161國內外潛艇結構疲勞強度研究方法概述在船舶及海洋工程方面,由于高強度結構鋼在船舶結構中廣泛采用,以及焊接工藝在造船中的普遍應用,造成在船舶結構中不可避免地帶有各種各樣

6、的焊接缺陷,使得船體結構的疲勞強度受到嚴重影響。潛艇方面同樣存在焊接疲勞裂紋問題,從結構力學性能和設備發(fā)展及布置上的要求出發(fā),耐壓殼體,一般采用由圓柱殼、圓錐殼及球殼等組合而成的組合結構,而其殼體結合多取焊接方法。從部件加工到裝配焊接形成這一建造工藝是很復雜的,容易產生夾渣、氣孔、咬邊、焊接殘余應力及形狀偏差等缺陷,往往容易形成微小裂紋源。此外,在圓柱殼、圓錐殼等焊接結合處,形狀上是不光順的,即有縱向曲率突變點,因而在外載荷作用下便會產生較大的彎曲應力,又由于殼體是雙向應力狀態(tài)再加上焊接缺陷及焊接應力諸因素疊加在一起,這就造成了

7、疲勞載荷下的最不利地位。但在結構設計時,考慮到許用應力的限制,設計者容易在這些薄弱環(huán)節(jié)處采取加強措施。這樣,此處的剛度又過大了,過大的結構剛度對疲勞性能同樣是不利的2。金屬的疲勞過程一般包括裂紋萌生、裂紋擴展和失穩(wěn)斷裂3個階段,相比之下失穩(wěn)斷裂階段在疲勞斷裂過程中所占比例較小,裂紋萌生階段和裂紋擴展階段與材料以及構件的連接方式等有關。由于焊接構件的特點,焊接部位很快出現(xiàn)肉眼可見的宏觀裂紋。因此,焊接結構疲勞裂紋萌生和形成壽命較短。所以疲勞裂紋擴展成為焊接構件疲勞過程的主要階段。在循環(huán)載荷作用下,焊接構件的薄弱環(huán)節(jié)會過早的產生微小

8、裂紋,這些裂紋很快達到臨界值而沿殼表面擴展。在沿表面擴展的同時也向深度-厚度方向擴展,直至穿透殼體而造成疲勞破壞3。由于潛艇錐柱結合殼隨著潛艇在服役過程中的上浮和下潛,其焊縫處及其附近區(qū)域的受力特征為壓彎組合應力,焊趾表面裂紋及其疲勞擴展導致結構的失效是該結構破