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潜艇是一种具有高隐蔽性能的海军舰艇,不仅能在水面参与战斗,更可以于水下突袭敌舰,具有极大的威慑作用。为了提高隐蔽性、安全性、机动性等作战性能,潜艇需要经常性的上浮下潜,耐压结构将会出现疲劳破坏。此外,海水这样一种腐蚀介质与潜艇耐压壳结构的长期接触,不仅会整体减小潜艇部分构件的几何尺寸,缩减其疲劳寿命,甚至还可能诱发构件出现局部腐蚀,造成应力集中,极大地减小结构的使用寿命。经过大量研究,人们发现单一地从疲劳或腐蚀上评估潜艇的使用寿命与实际存在着差异,得不到较理想的结果。因此对两种损伤形式作用下潜艇使用寿命的评估具有实际工程意义。 本文针对潜艇耐压壳体结构的局部腐蚀疲劳问题,利用有限元方法与基于Coffin-Manson原理的局部应力应变多轴疲劳分析方法相结合的思想,提出了研究潜艇耐压壳体结构局部腐蚀疲劳特性的方法。本文的具体内容如下: 1.通过有限元方法对完整潜艇耐压壳体结构进行静力学分析,以确定在静水压载作用下,耐压壳结构最大等效应力出现的位置,即确定耐压壳结构造成最大疲劳损伤效果的局部腐蚀缺陷产生位置。通过对含局部腐蚀缺陷的潜艇耐压壳结构进行静力分析,得到在给定的外部循环载荷的作用下,含局部腐蚀缺陷结构产生的应力、应变响应,为估算潜艇耐压壳体的局部腐蚀疲劳寿命确定需要的应力幅值及应变变程。 2.利用有限元静力分析得到的应力幅值或应变变程结合材料的应变-寿命曲线、循环应力应变曲线等疲劳性能曲线,依据多种基于Coffin-Manson原理的多轴疲劳寿命估算模型,在考虑不同表面粗糙度的情况下,估算含局部腐蚀缺陷结构的疲劳寿命。并根据估算结果,分析了局部腐蚀缺陷尺寸对结构疲劳寿命的影响、表面粗糙程度对结构疲劳寿命的影响以及不同多轴疲劳寿命估算模型的疲劳寿命估算效果。 3.利用上述方法,估算不同循环外载荷(即不同潜深)作用下,潜艇耐压壳体的局部腐蚀疲劳寿命,分析潜艇局部腐蚀疲劳寿命随潜深变化的趋势。 4.结合已求得数据结果,依据变幅疲劳损伤累积理论,探讨了局部腐蚀作用对潜艇耐压壳体结构内部疲劳性能的影响。