多种随机载荷作用下的船舶与海洋工程结构物疲劳评估方法研究
发布时间：2020-12-26 05:21
船舶与海洋工程结构物在服役过程中会遭受多种载荷的共同作用,这将大大增加结构的热点应力范围,造成结构的疲劳破坏。单一载荷作用下的疲劳评估方法已经非常成熟,而多种载荷作用下的疲劳评估方法研究还相对较少,因此,本文主要针对船舶与海洋结构物在多种随机载荷作用下产生的疲劳问题,开展了一系列的疲劳评估方法研究。(1)研究了窄带双峰应力谱作用下疲劳损伤评估方法。开发了一种新的基于逆傅里叶变化(IDFT)的数值模拟技术,此技术能够很好的实现随机应力谱到应力时间序列过程的转换。建立了参数化的矩形双峰谱,使得随机过程的谱参数都能通过精确的数学表达式计算出来,便于展开数值研究。采用以上两种技术对窄带双峰谱方法的疲劳损伤预测精度和适用范围进行了验证,最终给出了合适的双峰谱疲劳评估方法。(2)研究了两种窄带随机载荷作用下的疲劳损伤组合方法。考虑两种理想窄带随机应力过程的叠加,提出了两个新的损伤组合公式。基于参数化的矩形双峰应力谱,对新提出的损伤组合公式的损伤预测精度进行了验证,结果表明两个新的损伤组合公式都给出了较为精确的疲劳损伤评估。和文献中的损伤组合方法相比,新公式更加简单而且精度也较高。研究了低频载荷引起...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
导管架结构发生疲劳破坏
图 1.3 时域疲劳评估方法流程Fig.1.3 Flow chart of time domain fatigue evaluation method(1) 应力时间响应疲劳校核热点的应力时间历程可以通过实际测试或者进行结构瞬态动力学分析获得，实际测试将会耗费大量的成本和时间，而结构瞬态动力学分析可以通过通用的有限元分析软件或者自编程序实现，研究者大多采用这种方法。(2) 循环计数法则获得应力时间历程之后，接下来就是进行应力循环分析。目前，文献中提出了许多种不同的循环计数法则，不同循环计数法计算得到疲劳损伤存在很大差异。常用的三种计数法分别是：峰值计数法，幅值计数法和雨流计数法。其中雨流计数法是被国内外研究者普通认可的一种最为精确的方法[44-45,53-55]，它是根据材料的应力-应变行为进行计数的，具有一定的力学基础，因此能够较为全面的反应随机过程的全过程。雨流计数的原始定义是由 Matsuiski 和 Endo[42]两人提出的，这两个人只是从语言上对其进行了描述，
疲劳累积损伤计算。S-N 曲线可参考相应的规范进行选取。在得到每个循环引之后，选择合适的疲劳累积损伤理论也是疲劳计算的核心内容之一。目前文献了数十种疲劳累积损伤理论[57-72]，如线性累积损伤理论，非线性累积损伤理论累积损伤理论。其中最常用的是 Palmgren 和 Miner 提出的线性累积理论[73]，泛应用于实际工程中。时域疲劳评估方法是目前被公认的一种最为精确的评估方法，然而，实际工程包含数千种疲劳工况，完整的非线性时域分析将会非常耗时，因此，时域疲劳应用在结构设计的末尾阶段或者验证计算阶段，或者在研究中用于验证频域方[40,74-75]。2 频域疲劳评估方法频域疲劳评估方法的简单流程如图 1.4 所示。此方法首先要获得结构应力响应密度函数（PSD），然后建立此功率谱密度函数与雨流应力范围分布的关系，择合适的 S-N 曲线和 Miner 累积损伤理论计算结构的疲劳损伤。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上风机支撑结构的频域疲劳评估方法研究[J]. 秦培江,马永亮,韩超帅,曲先强. 浙江大学学报(工学版). 2017(09)
[2]深海细长柔性立管涡激振动数值分析方法研究进展[J]. 万德成,端木玉. 力学季刊. 2017(02)
[3]顶张式立管长期涡激振动疲劳分析[J]. 马坤明. 石油和化工设备. 2017(05)
[4]基于时域载荷的海上风机基础结构疲劳分析[J]. 盛振国,任慧龙,甄春博,王永岐. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]风浪联合作用下近海风机塔架结构疲劳评估方法[J]. 马永亮,曲先强,沙胜义,韩超帅. 大连海事大学学报. 2012(03)
[6]海上风机支撑结构设计分析研究[J]. 李红涛. 中国海洋平台. 2012(03)
[7]基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法[J]. 沙云东,张振,唐金,李纪永. 振动.测试与诊断. 2012(S1)
[8]随机振动应力幅值的分布规律[J]. 杨万均,施荣明. 机械设计与研究. 2011(06)
[9]雨流计数法与概率分布拟合在疲劳寿命估算中的应用[J]. 张吉桥. 广东工业大学学报. 2010(01)
[10]海洋输液立管涡激振动响应及其疲劳寿命研究[J]. 郭海燕,傅强,娄敏. 工程力学. 2005(04)
博士论文
[1]结构振动疲劳寿命分析方法研究[D]. 王明珠.南京航空航天大学 2009
[2]柔性立管涡激振动时域响应分析[D]. 黄智勇.上海交通大学 2008
[3]深海立管涡激振动疲劳损伤预报方法研究[D]. 王一飞.上海交通大学 2008
本文编号：2939116
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
导管架结构发生疲劳破坏
图 1.3 时域疲劳评估方法流程Fig.1.3 Flow chart of time domain fatigue evaluation method(1) 应力时间响应疲劳校核热点的应力时间历程可以通过实际测试或者进行结构瞬态动力学分析获得，实际测试将会耗费大量的成本和时间，而结构瞬态动力学分析可以通过通用的有限元分析软件或者自编程序实现，研究者大多采用这种方法。(2) 循环计数法则获得应力时间历程之后，接下来就是进行应力循环分析。目前，文献中提出了许多种不同的循环计数法则，不同循环计数法计算得到疲劳损伤存在很大差异。常用的三种计数法分别是：峰值计数法，幅值计数法和雨流计数法。其中雨流计数法是被国内外研究者普通认可的一种最为精确的方法[44-45,53-55]，它是根据材料的应力-应变行为进行计数的，具有一定的力学基础，因此能够较为全面的反应随机过程的全过程。雨流计数的原始定义是由 Matsuiski 和 Endo[42]两人提出的，这两个人只是从语言上对其进行了描述，
疲劳累积损伤计算。S-N 曲线可参考相应的规范进行选取。在得到每个循环引之后，选择合适的疲劳累积损伤理论也是疲劳计算的核心内容之一。目前文献了数十种疲劳累积损伤理论[57-72]，如线性累积损伤理论，非线性累积损伤理论累积损伤理论。其中最常用的是 Palmgren 和 Miner 提出的线性累积理论[73]，泛应用于实际工程中。时域疲劳评估方法是目前被公认的一种最为精确的评估方法，然而，实际工程包含数千种疲劳工况，完整的非线性时域分析将会非常耗时，因此，时域疲劳应用在结构设计的末尾阶段或者验证计算阶段，或者在研究中用于验证频域方[40,74-75]。2 频域疲劳评估方法频域疲劳评估方法的简单流程如图 1.4 所示。此方法首先要获得结构应力响应密度函数（PSD），然后建立此功率谱密度函数与雨流应力范围分布的关系，择合适的 S-N 曲线和 Miner 累积损伤理论计算结构的疲劳损伤。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上风机支撑结构的频域疲劳评估方法研究[J]. 秦培江,马永亮,韩超帅,曲先强. 浙江大学学报(工学版). 2017(09)
[2]深海细长柔性立管涡激振动数值分析方法研究进展[J]. 万德成,端木玉. 力学季刊. 2017(02)
[3]顶张式立管长期涡激振动疲劳分析[J]. 马坤明. 石油和化工设备. 2017(05)
[4]基于时域载荷的海上风机基础结构疲劳分析[J]. 盛振国,任慧龙,甄春博,王永岐. 华中科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]风浪联合作用下近海风机塔架结构疲劳评估方法[J]. 马永亮,曲先强,沙胜义,韩超帅. 大连海事大学学报. 2012(03)
[6]海上风机支撑结构设计分析研究[J]. 李红涛. 中国海洋平台. 2012(03)
[7]基于联合概率密度的随机声疲劳寿命估算方法[J]. 沙云东,张振,唐金,李纪永. 振动.测试与诊断. 2012(S1)
[8]随机振动应力幅值的分布规律[J]. 杨万均,施荣明. 机械设计与研究. 2011(06)
[9]雨流计数法与概率分布拟合在疲劳寿命估算中的应用[J]. 张吉桥. 广东工业大学学报. 2010(01)
[10]海洋输液立管涡激振动响应及其疲劳寿命研究[J]. 郭海燕,傅强,娄敏. 工程力学. 2005(04)
博士论文
[1]结构振动疲劳寿命分析方法研究[D]. 王明珠.南京航空航天大学 2009
[2]柔性立管涡激振动时域响应分析[D]. 黄智勇.上海交通大学 2008
[3]深海立管涡激振动疲劳损伤预报方法研究[D]. 王一飞.上海交通大学 2008
本文编号：2939116
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