深潜器耐压壳体结构蠕变与疲劳耦合损伤机理及寿命评估方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51879038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The pressure hull of deep submergence vehicles endures high hydrostatic pressure during working in ultra-deep water. At present the titanium alloy materials which have higher strength-to-weight ratio and specific stiffness are widely used in the pressure hull manufacturing. However, different from the mechanical responses of ship hull in normal sea state, the creep behavior of the titanium alloy materials under ultra-high hydrostatic pressure can’t be ignored any more. Therefore, when evaluating structural safety of the pressure hull in service-life, it is necessary to propose a method for evaluating the creep and fatigue coupled damage initiation and evolution in the pressure hull under ultra-high hydrostatic pressure condition, as well as the whole service-life of the pressure hull. First of all, due to the imperfection of classical creep damage constitutive relationship, which is mainly applicable to the tensile material in high temperature, we investigate the creep damage mechanism for the titanium alloy materials under ultra-high hydrostatic pressure at room temperature considering the fact that the titanium alloys display different behavior between tensile statement and pressure statement. Secondly, practical models for the evaluation of creep damage in ultra-deep water, fatigue damage with extremely low frequency and the two coupled damage for the titanium alloy materials in the ultra-high hydrostatic pressure environment are proposed based on the continuum damage mechanics. Furthermore, considering the actual working state of the deep manned submersibles, creep recovery effect on pressure hull service-life is studied as well. Finally, we investigate a new damage initiation and evolution rule, which is suitable to finite element simulation, based on the developed creep and fatigue coupled damage accumulation model. And an effective method to evaluate the service-life of the pressure hull considering creep and fatigue coupled damage is also proposed. The innovations of our research are deducing the damage constitutive relation of the titanium alloy materials under ultra-high hydrostatic pressure condition, and proposing a creep and fatigue coupled damage accumulation model considering the creep recovery as well as the method to evaluate the service-life.
深潜器耐压壳体在超深海作业过程中承受极大的深水压力,工程上通常采用具有高比强度和高比刚度的钛合金材料。然而,钛合金材料在超高压下的蠕变问题不容忽视。因此,在对耐压壳体进行全寿命期安全可靠性评估时,需要确立耐压壳体蠕变与疲劳耦合累积损伤及其寿命评估方法。首先,针对目前蠕变损伤本构关系主要适用于材料高温受拉破坏的不足,开展钛合金材料常温、超高静水压力下的蠕变损伤机理研究;其次,基于连续损伤力学理论开展耐压壳体超深水环境下的蠕变损伤、极低频疲劳损伤以及蠕变与疲劳耦合损伤累积模型研究,并进一步考虑潜水器实际工作状态,研究蠕变恢复对耐压壳体蠕变寿命的影响;最后,研究蠕变与疲劳耦合作用下损伤起始和损伤演化准则,提出能够考虑蠕变与疲劳耦合累积损伤的耐压壳体寿命评估方法。该方法的创新性体现在建立了钛合金材料含受压状态下的损伤本构关系,建立了能够考虑蠕变恢复效应的蠕变与疲劳耦合累积损伤模型及寿命评估方法。

结项摘要

深潜器在结构形式突变或不连续加强的局部会产生应力集中,这会导致结构在承受每一作业周期的超大幅值交变载荷时发生疲劳损伤。耐压壳的特殊作业环境,钛合金长时间处于深海高压环境中会发生蠕变损伤,疲劳和蠕变之间存在相互促进的关系,会加速裂纹的萌生与扩展,显著降低耐压球壳的寿命。本研究首先对疲劳损伤进行了研究,建立钛合金材料的低周疲劳损伤累积模型;开展Ti80合金低周性能试验和CT试件裂纹萌生与扩展试验;进一步,对商业有限元软件进行二次开发,建立深潜器耐压壳结构低周疲劳裂纹萌生与扩展的全寿命预测方法。之后对蠕变损伤进行了研究,首先在Lemaitre伤本构方程基础上,发展了一种方便应用于深潜器耐压壳体损伤演化数值模拟的损伤演化方程,可以考虑拉压不同的影响。之后,确立钛合金材料在深海中长期处于高压环境下的蠕变损伤本构关系。并开展单轴实验标定参数。最后,结合室温环境下开展了单轴保载疲劳试验,根据试验前后测得的杨氏模量计算单轴拉伸试件的损伤,结合有限元模拟相互比较分析的方法,得到与疲劳-蠕变以及蠕变-疲劳有关的损伤参数,确立了一种适用于钛合金材料室温环境下疲劳-蠕变非线性耦合损伤模型。进行二次开发,利用降低有效杨氏模量的方法模拟无初始缺陷的CT试件在保载疲劳载荷下从裂纹萌生-扩展-失效的全寿命损伤演化过程,并与室温环境下开展的三组保载疲劳试验结果进行比较分析,证明了本模型的准确性。为证明本模型具有实际工程应用价值,开展了钛合金深潜器复杂结构的非线性有限元计算,模拟其在全寿命期间损伤演化过程并以此进行寿命预测。模拟结果说明在耐压壳焊趾位置处会存在明显的应力集中现象,在实际结构当中,该处不可避免会存在初始缺陷,在经受超高压和超大幅低周疲劳载荷的循环作业下,初始缺陷会因受到疲劳-蠕变耦合损伤的作用不断扩大,显著降低结构的寿命。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(0)
Residual Ultimate Strength Evaluation Method of Cracked Hull Structure under Combined Bending Moment
组合弯矩作用下裂纹船体结构剩余极限强度评估方法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1007-7294.2021.10.009
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    船舶力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guo Yuhao;Liu Gang;Huang Yi
  • 通讯作者:
    Huang Yi
Creep damage model considering unilateral effect based on bimodulus theory
基于双模理论考虑单边效应的蠕变损伤模型
  • DOI:
    10.1177/10567895211017319
  • 发表时间:
    2021-06-16
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF DAMAGE MECHANICS
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Guo, Yuhao;Liu, Gang;Huang, Yi
  • 通讯作者:
    Huang, Yi
蛋形深潜器耐压壳变厚度优化设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国造船
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘刚;王祖华;黄秉钧;刘少杰;黄一
  • 通讯作者:
    黄一
A complemented multiaxial creep constitutive model for materials with different properties in tension and compression
具有不同拉伸和压缩性能的材料的补充多轴蠕变本构模型
  • DOI:
    10.1016/j.euromechsol.2022.104510
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    European Journal of Mechanics - A/Solids
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuhao Guo;Gang Liu;Yi Huang
  • 通讯作者:
    Yi Huang
Creep-fatigue Damage Behavior of a Titanium Alloy at Room Temperature: Experiments and Modeling
钛合金在室温下的蠕变疲劳损伤行为:实验和建模
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2023.108135
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Yuhao Guo;Gang Liu;Tianzhen Jiao;Xu Hu;Hao Zhang;Min Liu
  • 通讯作者:
    Min Liu

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Stable set of uncertain coalitional game with application to electricity suppliers problem
不确定联盟博弈的稳定集及其在电力供应商问题中的应用
  • DOI:
    10.1007/s00500-017-2611-x
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Soft Computing
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yajuan Liu;刘刚
  • 通讯作者:
    刘刚
氧化钨的形貌结构对纳米WC粉末均匀性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐建成;雷纯鹏;刘刚;吴爱华
  • 通讯作者:
    吴爱华
地质空间认知与多维动态建模结构研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    地质科技情报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何珍文;吴冲龙;刘刚;田宜平;张夏林;翁正平
  • 通讯作者:
    翁正平
NSCT域多分辨率红外与可见光景象匹配算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘刚;王光宇;周珩;王明静
  • 通讯作者:
    王明静
黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国农业气象
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    段兴武;谢云;刘刚;蔺涛
  • 通讯作者:
    蔺涛

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

刘刚的其他基金

深空站钛合金耐压壳多轴蠕变—疲劳强度评估方法研究
  • 批准号:
    52371303
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
海洋工程结构疲劳与腐蚀损伤耦合机理及寿命评估方法研究
  • 批准号:
    51379031
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    82.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于临界面理论的海洋工程复杂焊接结构多轴疲劳损伤评估方法研究
  • 批准号:
    51179027
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于PVDF压电薄膜的船舶与海洋结构物应变与损伤检测研究
  • 批准号:
    50509004
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    8.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码