焊接残余应力对船体结构疲劳强度影响的分析

发布时间：2017-10-18 19:26

  本文关键词：焊接残余应力对船体结构疲劳强度影响的分析

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【摘要】：钢制船舶是一类大型的复杂焊接结构物，长期承受波浪、货物压力及压载水等引起的不断变化的动载荷，在这些动载荷作用下，船体结构容易出现疲劳失效现象，同时近年来随着高强度钢在船舶与海洋工程类结构物上广泛应用，船体结构的疲劳损坏格外突出。船体结构的焊缝区域是整个结构中敏感脆弱部位，焊接残余应力的存在对船体结构的疲劳强度有直接影响。因此，针对焊接残余应力对船体结构疲劳强度影响分析尤为重要。 以一艘散货船作为研究对象，依据《散货船共同结构规范》，，采用有限元直接数值算法，建立了散货船三舱段结构模型。通过确定边界条件及网格划分，建立了三舱段有限元分析模型。同时，考虑均匀装载、隔舱装载、正常压载和重压载四种装载工况以及每种装载的载荷的工况，计算船体结构疲劳评估所需载荷。选取疲劳热点，并对热点部位进行网格细化。编制APDL有限元自动加载程序并在ANSYS中分析，得到热点的响应应力，对热点应力进行提取和处理,得到热点的等效切口应力范围，最终获得各热点疲劳累积损伤度，并对结果进行分析。在此基础上，取四组不同应力水平的焊接残余应力，通过焊接残余应力的加载并提取应力分析结果。对比分析了焊接残余应力作用下，各热点的累积疲劳损伤度,研究结果表明，焊接残余应力对散货船结构疲劳强度有较大影响。计算结果对焊接残余应力的松驰方法、散货船疲劳强度计算具有借鉴意义。
【关键词】：船体结构 疲劳强度 疲劳累积损伤度 有限元 焊接残余应力 S-N曲线 影响
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 选题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 国内研究现状10-11
• 1.2.2 国外研究现状11-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-14
• 第2章 疲劳强度评估的方法和焊接残余应力简述14-23
• 2.1 疲劳强度评估方法14-19
• 2.1.1 疲劳强度评估 S-N 曲线法14-18
• 2.1.2 疲劳评估的断裂力学法18-19
• 2.2 焊接残余应力的简述19-22
• 2.2.1 焊接残余应力的产生机理19
• 2.2.2 常见焊接接头焊接残余应力分布19-21
• 2.2.3 结构中焊接残余应力的影响21-22
• 2.2.4 结构中焊接残余应力的控制措施22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 散货船疲劳可靠性评估方法23-37
• 3.1 概述23
• 3.2 装载工况和载荷工况23-24
• 3.2.1 装载工况23-24
• 3.2.2 载荷工况24
• 3.3 疲劳载荷24-32
• 3.3.1 外部压力24-28
• 3.3.2 内部压力和力28-30
• 3.3.3 船体梁载荷30-32
• 3.4 热点应力数据的提取和处理32-35
• 3.4.1 热点的应力定义32
• 3.4.2 热点应力的提取32-33
• 3.4.3 等效切口应力范围的计算33-35
• 3.5 疲劳累积损伤计算35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 实船疲劳强度计算37-52
• 4.1 概述37
• 4.2 实船结构及参数37-38
• 4.2.1 船舶主要尺度及主要参数37
• 4.2.2 船舶结构形式37-38
• 4.3 疲劳强度计算的有限元模型38-42
• 4.3.1 坐标系38
• 4.3.2 有限元模型网格38-39
• 4.3.3 材料特性和单元属性39-41
• 4.3.4 模型的边界条件41-42
• 4.4 疲劳强度计算的热点42
• 4.5 热点部位疲劳寿命计算结果和应力云图42-50
• 4.5.1 热点 1 疲劳寿命计算结果42-44
• 4.5.2 热点 2 疲劳寿命计算结果44-46
• 4.5.3 热点 3 疲劳寿命计算结果46-48
• 4.5.4 热点 4 疲劳寿命计算结果48-50
• 4.6 疲劳强度计算结果分析50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 焊接残余应力对船舶疲劳强度影响的分析52-84
• 5.1 概述52
• 5.2 焊接残余应力的施加方法52
• 5.3 加载四种应力水平焊接残余应力后疲劳强度计算52-81
• 5.3.1 施加 20MPa 焊接残余应力的疲劳计算结果52-59
• 5.3.2 施加 40Mpa 焊接残余应力的疲劳计算结果59-66
• 5.3.3 施加 60MPa 焊接残余应力的疲劳计算结果66-74
• 5.3.4 施加 80MPa 焊接残余应力的疲劳计算结果74-81
• 5.4 结果分析81-83
• 5.4.1 结果说明81
• 5.4.2 焊接残余应力对疲劳强度计算的影响分析81-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 总结84
• 6.2 展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 附录90-93
• 在学期间发表的学术论文93

【参考文献】

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本文编号：1056711