周向裂纹损伤圆柱壳承载能力计算系统的设计与实现

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在的建造过程中,通常采用圆柱壳作为其基本构件,然而,在载荷及风、波、潮汐、流、冰等的强烈作用下,圆柱壳容易出现疲劳裂纹损伤,对海洋平台结构物的安全性造成威胁。因此,如何判断裂纹损伤圆柱壳的承载能力,一直是海洋结构物安全性评估过程中的一个重要课题。本文提出了周向裂纹损伤圆柱壳承载能力计算系统,能够快速求解拉伸和弯曲载荷作用下,裂纹扩展长度,裂纹尖端张开位移CTOD,塑性长度β,J积分的值。在此基础上,通过一系列计算,可得到裂纹截面的约束条件、几何参数、材料参数的变化对极限强度的影响,从而为海洋平台的维护与建造提供施工依据与技术支撑。  首先,引入Dugdale解析模型,简要分析了裂纹起裂、稳定扩展直至塑性破坏的全过程,从而提出整个过程中的关键参数,即计算系统需要求解的参数。从而对计算系统的需求进行详细分析,并在此基础上完成系统的构建。  其次,引入自由支持(裂纹位于圆柱壳中心)和刚性固定(裂纹位于刚性固定端)两种不同边界约束下的计算模型,简要介绍了基于该模型的弹塑性解,分为裂纹不扩展和裂纹扩展两个部分。  然后,根据理论基础,分析不同编程语言的优缺点,进而确定开发方案,选择MATLAB为开发平台,基于软件系统设计的相关准则和MATLAB GUI图形界面编程,对系统界面进行设计,并给出了关键算法设计,包含插值编程实现和超越方程求解。  最后,依次测试数值求解和参数影响分析等功能,并与实验结果,有限元法计算结果相比较,验证计算结果的可靠性,进而验证该计算系统是否满足开发目的。
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