海洋工程结构的腐蚀疲劳寿命评估方法研究

发布时间：2017-05-19 06:02

  本文关键词：海洋工程结构的腐蚀疲劳寿命评估方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在船舶与海洋工程结构服役期间,结构物会遭受腐蚀与疲劳的联合作用,二者之间有着明显的相互促进作用。然而,目前人们仍将腐蚀问题与疲劳问题单独考虑或者简单叠加,忽略腐蚀疲劳的本质,带来的普遍问题是疲劳强度计算结果误差难以控制,甚至存在数量级的误差。 由于实验室无法模拟复杂的海洋环境,因此只有实海挂片腐蚀数据才能应用于实际工程结构。本文对8种海洋工程用钢实海挂片腐蚀数据进行分析,其腐蚀深度与暴露时间符合幂函数模型；通过电化学实验及对腐蚀控制因素的分析,论证实海挂片腐蚀数据在有应力条件下应用的可行性；基于腐蚀热力学及动力学方程,分析金属的力学化学效应,建立考虑力学因素的新型非线性腐蚀模型。 谱分析方法是目前船舶与海洋工程领域常用的疲劳强度评估方法。本文结合ABS规范推荐的谱分析方法以及新型非线性腐蚀模型,提出一种评估海洋工程结构腐蚀疲劳损伤的新方法。整个评估过程中需要根据腐蚀损伤对有限元模型进行不断修正,本文基于ANSYS有限元分析软件,采用APDL及MATLAB编程语言对评估过程进行参数化及模块化编程,开发了一套海洋工程结构腐蚀疲劳评估软件。本软件考虑了实际工程中可能出现评估区域板厚及腐蚀类型不一致等复杂情况,具有一定的通用性。 本文提出的评估方法是以腐蚀疲劳机理为基础,考虑疲劳与腐蚀的耦合作用,更接近于工程实际情况。采用新方法计算得到的结构疲劳损伤与采用不考虑力学因素腐蚀模型的计算结果比较发现,随着腐蚀年限的增加,二者相差越来越明显。因此,对于服役期长且结构整体应力水平较高的海洋工程结构来说,采用新方法能够更准确的评估其腐蚀疲劳寿命。
【关键词】：腐蚀疲劳 耦合作用 力学化学效应 谱分析方法 腐蚀模型 评估软件
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文的主要工作内容12-14
• 2 海洋工程用钢在海水中腐蚀机理和规律研究14-22
• 2.1 海洋工程用钢腐蚀数据的来源14
• 2.2 海洋工程用钢在海水全浸区腐蚀规律14-15
• 2.2.1 海洋工程用钢的介绍14
• 2.2.2 海洋工程用钢的腐蚀类型及机理14-15
• 2.3 海洋工程用钢在海水中腐蚀动力学规律研究及物理数学模型的建立15-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 海洋工程用钢腐蚀疲劳机理研究22-27
• 3.1 腐蚀疲劳机理与影响因素概述22
• 3.2 应变腐蚀电池模型的建立22-26
• 3.3 本章小结26-27
• 4 考虑应力因素的腐蚀物理数学模型的建立27-35
• 4.1 实海挂片腐蚀数据在有应力条件下应用的可行性27-31
• 4.1.1 腐蚀速度的控制步骤27-29
• 4.1.2 外力加速海洋工程用钢在海水中的腐蚀速率29-31
• 4.2 建立考虑力学因素的腐蚀数学模型31-34
• 4.3 本章小结34-35
• 5 不同腐蚀模型下焊接结构热点应力变化规律35-46
• 5.1 有限元数值分析方法概述35-36
• 5.2 平面应变单元焊接接头模型36-40
• 5.2.1 有限元模型建立36
• 5.2.2 网格尺寸对热点应力的影响36-39
• 5.2.3 考虑腐蚀因素的热点应力变化39-40
• 5.3 变厚度壳单元焊接接头40-44
• 5.3.1 实体模型的建立40-42
• 5.3.2 考虑腐蚀因素的热点应力变化42-43
• 5.3.3 腐蚀疲劳寿命计算43-44
• 5.4 计算结果分析44-45
• 5.5 本章小结45-46
• 6 不同腐蚀模型下船体结构腐蚀疲劳强度评估46-60
• 6.1 疲劳强度评估方法的选取46-47
• 6.2 海况的确定47-49
• 6.3 波浪谱的确定49-50
• 6.4 疲劳评估区域的选取及精细有限元模型的建立50-52
• 6.5 不同腐蚀模型的选取52-53
• 6.6 应力响应函数及各阶响应谱矩53-57
• 6.7 S～N曲线的确定57
• 6.8 疲劳累积损伤计算及疲劳强度评估57-59
• 6.9 本章小结59-60
• 7 工程化评估软件60-65
• 7.1 软件功能介绍60-61
• 7.2 软件关键技术及测试61-62
• 7.3 软件使用说明62-64
• 7.4 本章小结64-65
• 8 结论与展望65-66
• 8.1 结论65
• 8.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 附录A 应力响应函数曲线图汇总70-78
• 附录B 疲劳损伤累积公式推导78-80
• 基金项目信息80-81
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况81-82
• 致谢82-83

【参考文献】

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  本文关键词：海洋工程结构的腐蚀疲劳寿命评估方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：377861