船舶结构疲劳强度评估方法研究
疲劳破坏是船舶与海洋工程结构失效的主要模式之一,一直是船舶与海洋工程领域研究的热点。本文主要是对船舶结构疲劳评估方法进行研究,其主要内容如下: 1) 对各船级社的简化方法进行研究。本文主要研究DNV、ABS、CCS规范的疲劳评估简化算法以及CSR油轮统一规范中的简化方法。从船体梁载荷的计算、海水动压力的计算、船舶运动加速度的计算、货物压力的计算、船体梁应力的计算、板架弯曲应力的计算、纵骨弯曲应力的计算、参考应力的计算、腐蚀余量的规定、平均应力的规定、S-N曲线、疲劳评估准则等方面,对DNV规范、CCS规范、CSR规范及ABS规范进行了详细的说明...
疲劳破坏是船舶与海洋工程结构失效的主要模式之一,一直是船舶与海洋工程领域研究的热点。本文主要是对船舶结构疲劳评估方法进行研究,其主要内容如下: 1) 对各船级社的简化方法进行研究。本文主要研究DNV、ABS、CCS规范的疲劳评估简化算法以及CSR油轮统一规范中的简化方法。从船体梁载荷的计算、海水动压力的计算、船舶运动加速度的计算、货物压力的计算、船体梁应力的计算、板架弯曲应力的计算、纵骨弯曲应力的计算、参考应力的计算、腐蚀余量的规定、平均应力的规定、S-N曲线、疲劳评估准则等方面,对DNV规范、CCS规范、CSR规范及ABS规范进行了详细的说明,并对四个规范之间的差别进行了较为详细的比较,分析了其中的存在的问题。 2)对基于谱分析的疲劳评估直接计算法进行研究。首先,论述了船舶结构疲劳评估谱分析方法的基本原理和计算过程,并对疲劳评估直接计算法中有限元模型化的实现进行了规定,包括有限元模型范围的确定,有限元网格划分及单元类型选取等技术问题的规定。进而对疲劳载荷的施加进行了研究,提出了与波浪载荷计算程序配套的一种基于MSC.Patran的波浪外压及货物惯性压力的自动加载方法。最后针对疲劳应力有限元分析中的几个问题,如应力传递函数的计算,边界条件的施加、应力提取等问题进行了研究,并编制了疲劳应力自动提取和疲劳累积损伤计算程序。从而形成了一套从有限元模型化到疲劳载荷自动施加,应力计算,再到应力自动提取及疲劳累积损伤计算的疲劳评估直接计算法的完整解决方案。在此基础上,分别对三条油轮及一条FPSO的纵骨与横框架相交处进行了疲劳强度评估。 3) 对疲劳评估设计波法进行研究。在线性波浪载荷作用下,本文分别论述了设计波载荷控制参数及依据控制参数选择设计波的方法,并讨论了疲劳评估设计波法的特有特点。在此基础上,提出了一种新的选择设计波的方法,按该方法对三条油轮及一条FPSO的纵骨与横框架相交的典型结构细节进行了疲劳评估,并将设计波的结果与谱分析方法的结果进行了比较。 4) 在疲劳评估的确定性方法的基础之上,按照疲劳可靠性理论,分别利用对数正态格式及weibull格式对上述舰船的纵骨与横框架相交的典型结构细节进行疲劳可靠性分析,给出了相应结构细节的疲劳寿命的可靠度。 5) 利用Ansys软件中的APDL语言进行参数化建模并采用一阶优化方法对纵骨穿过横框架处的局部结构进行形状优化,以达到减小应力集中,提高疲劳寿命的目的。
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作者: 冯国庆
授予学位: 博士
学位授予单位: 哈尔滨工程大学
导师姓名: 任慧龙
学位年度: 2006
语 种: chi
分类号: U661.43
在线出版日期: 2007年9月16日