船舶结构力学考试

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1、海工遇见的环境条件。

(1)波浪(包括引起砰击和变化的浮力效应)

(2)风(特别是作用在细长杆的湍风流)

(3)海流(对波浪产生的力,或诱导的湍流有作用时)

(4)以及由作业的机械设备引起的机械振动等。

2、疲劳破坏阶段及每个阶段特点

材料发生疲劳破坏要经历三个阶段,即裂纹起始或萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展(断裂)。

裂纹起始或萌生:

(1)在交变载荷下,金属零件表面产生不均匀滑移、金属内的非金属夹杂物和应力集中等均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。

(2)滑移带随着疲劳的进行逐步加宽加深,在表面出现挤出带和挤入槽,这种挤入槽就是疲劳裂纹策源地。

(3)另外金属的晶界及非金属夹杂物等处以及零件应力集中的部位(台阶、尖角、键槽等)均会产生不均匀滑移,最后也形成疲劳裂纹核心。

疲劳裂纹的扩展:

(1)在交变应力的作用下,裂纹从金属材料的表面上的滑移带、挤入槽或非金属夹杂物等处开始,沿着最大切应力方向(和主应力方向成45°角)的晶面向内扩展。扩展速度慢,如没有应力集中,直接进入第二阶段。

(2)改变方向,沿着与正应力相垂直的方向扩展,扩展途径穿晶并速度很快

3、疲劳破坏断面特征和疲劳破坏的特征

疲劳断口的宏观特征:

(1)有裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三个部分;

(2)裂纹扩展区断面较光滑、平整,通常可见“海滩条带”,有腐蚀痕迹;

(3)裂纹源通常在高应力区或材料缺陷处;

(4)与静载荷相比,即使是延性材料,也没有明显的塑性变形;

(5)工程实际上的表面裂纹,一般呈半椭圆形。

疲劳断口的微观特征:

利用高倍电子显微镜可以观察到三种不同的疲劳裂纹扩展微观破坏形式,即微解理型、条纹型和微孔聚合型。疲劳条纹的形成与载荷循环有关,由条纹间距可以估计裂纹扩展速率。微解理型对应于比较低的裂纹扩展速率(10-5-10-7mm/c);条纹型对应的裂纹扩展速率(10-6-10-3mm/c);微孔聚合型对应于较高的裂纹扩展速率(10-4-10-1mm/c)。

疲劳破坏的特征:

交变载荷的作用造成结构的疲劳破坏有以下基本特征:

(1)交变载荷的峰值在远低于材料的强度极限情况下,就可能发生破坏,表现为低应力脆性断裂的特征。

(2)破坏具有局部性。无论是脆性材料还是塑性材料,疲劳破坏在宏观上均无明显的塑性变形区域。

(3)破坏之前要经历一个疲劳损伤累积的过程。研究表明,该过程由裂纹起始(或成核)、裂纹(稳态)扩展和裂纹失稳扩展三阶段组成。

(4)疲劳寿命能够具有极大的分散性。对载荷及环境,材料及结构,加工工艺等方面多种因素相当敏感。

(5)疲劳断口在宏观上和微观上都具有显著的特征。断口上的信息,对记录疲劳过程、研究疲劳机理以及判断事故原因,都具有重要意义。

基于上述特点,“疲劳”可概括为:材料或结构的某一点或某些点,在承受波动的应力和应变情况下,发生渐进的、局部的、带永久性的变化过程。

4、基本S-N曲线纵横坐标的含义

用一组标准试件,在R=-1下,即在对称恒幅循环载荷作用下,施加不同的S a,进行疲劳试验,可得到S-N曲线。横坐标代表寿命N为到破坏的循环次数,纵坐标表示应力水平。S-N 曲线上对应于寿命N的应力,称为寿命为N循环的疲劳强度。

5、提高疲劳寿命的方法

(1)表面喷丸;销、轴、螺栓冷挤压;干涉配合等;都可在表面引入残余压应力,提高寿命;(2)镀铬或镀镍,引入残余拉应力,疲劳极限下降。材料强度越高,寿命越长,镀层越厚,影响越大;

(3)镀前渗氮,镀后喷丸等,可以减小其不利影响。镀锌或镀镉,影响较小,但防磨蚀效果比镀铬差。

(4)渗碳或渗氮,可提高表层材料强度并引入残余压应力,使钢材疲劳极限提高。对于缺口件,效果更好;

(5)热轧或锻造,会使表面脱碳,强度下降并在表面引入拉伸残余应力。可使疲劳极限降低50%甚至更多。材料强度越高,影响越大;

(6)焊角打磨;

(7)TIG融修,捶打方法。

1\力法中怎么满足平衡条件和变形协调条件?

只要基本结构不发生破坏,平衡条件自动满足;至于变形协调条件的话要根据原结构的变形或者说位移条件来具体确定,比如说在支座处假如原结构有支座位移的话,那么相应的力法典型方程的等式右边不再为0.

2\位移法中未知量怎么确定,其影响因素有什么?

位移法的未知量包括两类(独立的结点线位移和独立的结点角位移),独立的结点角位移数目或者位置比较容易确定,独立的结点线位移确定的根据原结构体系是桁架体系还是刚架体系等。

3\刚架在荷载作用下位移计算中不考虑杆件轴向变形,即使弯矩图为零也不考虑,为什么?

以一个两端为固定端的单跨梁举例说明当然刚架也可以:你可以把它的位移法典型方程写出来,此时若考虑轴向变形的话,你可以算出来轴向力等于0,由材料力学中位移的计算公式知,轴向位移等于0,故不考虑.