基于分形理论的腐蚀损伤船体板结构极限强度评估方法研究

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腐蚀会造成材料的损失和结构的破坏,对于老龄船舶而言,由腐蚀引起的损伤会大幅降低结构的极限承载能力,带来人员的伤亡和直接的经济损失。随着高强度钢在船舶领域的广泛应用,结构的断面尺寸随之减小,使结构的稳定性问题更加突出,而且腐蚀损伤的存在也会增大结构发生屈曲破坏的可能性。因此,能准确评估腐蚀损伤板的极限强度对保证结构安全具有重要意义。  本文首先研究了初始缺陷形式对极限强度的影响,分析板分别在屈曲缺陷和瘦马缺陷模式下的破坏行为问题,对比并说明了两者的破坏模式和极限强度的差异;随后通过分形理论构造随机腐蚀表面,探究腐蚀表面的分形特征,并基于构造的腐蚀表面建立非均匀腐蚀模型,通过有限元分析,研究腐蚀损伤板的破坏行为问题,以及具有相同腐蚀表面参数腐蚀板的极限强度分布情况;最后通过数据拟合,建立非均匀腐蚀损伤板的极限强度评估方法。通过上述研究,认为具有屈曲缺陷的无腐蚀板最终拥有两端半波失效、其余区域卸载的失效模式,具有瘦马缺陷的无腐蚀板则只拥有一个半波的失效区域。腐蚀损伤板的失效模式与无腐蚀瘦马缺陷板相似,且失效部分为腐蚀状态最严重的半波区域。通过中点偏移法构造了具有单一分形特性的腐蚀表面,并据此建立了随机腐蚀模型。有限元计算结果表明,具有相同腐蚀表面参数腐蚀板的极限强度呈正态分布,最后基于上α-分位点,提出了非均匀腐蚀板的极限强度评估方法,为工程化的评估提供了依据。
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