铝合金高速船波浪载荷及疲劳强度研究

发布时间：2017-08-08 17:02

  本文关键词：铝合金高速船波浪载荷及疲劳强度研究

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【摘要】：近年来船舶的结构和构件因疲劳问题引起的失效越来越突出,而铝合金船舶由于其材质抗疲劳的能力比钢材要弱,且铝合金船多为高速船舶,高速船舶结构承受的波浪载荷的交变作用往往更加严重,造成的结构疲劳损伤会比单纯的低频波浪应力造成的疲劳损伤更大。所以对铝合金船舶的结构疲劳强度研究对准确预测铝合金船舶的使用寿命和极限状态有重要意义。本文以60米铝合金高速船舶为例,采用疲劳简化算法和直接计算法中的谱分析法对60米铝合金高速船舶的结构疲劳强度进行评估,主要内容如下：1.简述了疲劳评估方法的基本原理。包括S-N曲线以及基于连续型载荷谱作用下和分段连续型载荷谱作用下的Miner线性疲劳累积损伤理论。2.依据CCS《船体结构疲劳强度指南2007》和《海上高速船入级与建造规范》对简化算法中的疲劳载荷计算、应力范围计算和疲劳累积损伤度计算进行了详细论述,且计算出了舷侧与舱壁连接处的8根纵骨的疲劳寿命。3.阐述了疲劳强度评估的谱分析方法的基本原理及要点,包括疲劳应力响应的传递函数、结构应力的响应谱、应力范围的短期分布与长期分布和疲劳累积损伤度计算。4.运用三维线性波浪载荷计算软件Hydrostar计算60米铝合金高速船在规则波中的运动响应和波浪载荷,得到船体表面水动压力,对高速铝合金船舶的波浪载荷进行分析研究。5.运用MSC.PATRAN软件建立60米整船有限元模型,并对热点应力区进行细化。采用Visual Basic语言编写程序解决了MSC.PATRAN软件与Hydrostar软件的接口问题。通过自编程序自动提取有限元分析结果,得到应力响应传递函数,然后计算得到热点处的疲劳累积损伤度和疲劳寿命,并对60米铝合金高速船疲劳评估结果进行分析。
【关键词】：铝合金高速船 疲劳评估 三维线性 简化方法 谱分析
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外疲劳研究现状及发展趋势11-13
• 1.2.1 对铝合金材料的疲劳研究11-12
• 1.2.2 对船舶结构的疲劳研究12-13
• 1.3 论文主要研究内容及方法13-15
• 第二章 疲劳评估方法原理简述15-25
• 2.1 概述15
• 2.2 S-N曲线15-18
• 2.3 累积损伤理论18-24
• 2.3.1 Miner线性累积损伤理论18-19
• 2.3.2 连续型载荷谱作用下的疲劳累积损伤19-21
• 2.3.3 分段连续型载荷谱作用下的疲劳累积损伤21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 疲劳评估简化方法25-42
• 3.1 概述25
• 3.2 CCS疲劳评估简化方法25-33
• 3.2.1 疲劳校核部位25-26
• 3.2.2 疲劳累积损伤度计算26-27
• 3.2.3 重心处的垂向加速度27-28
• 3.2.4 波浪弯矩28-30
• 3.2.5 海水动压力30-31
• 3.2.6 应力范围的简化计算31-32
• 3.2.7 应力范围的合成32-33
• 3.2.8 名义应力范围计算33
• 3.3 疲劳评估简化算法数值结果33-41
• 3.3.1 60米铝合金船主要船体参数33-35
• 3.3.2 疲劳载荷计算35-38
• 3.3.3 疲劳应力范围计算38-41
• 3.3.4 疲劳累积损伤度及疲劳寿命41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 疲劳评估的谱分析方法42-52
• 4.1 概述42-43
• 4.2 谱分析法基本原理43-51
• 4.2.1 谱分析法的几个主要假设43
• 4.2.2 谱分析法原理简述43-44
• 4.2.3 铝合金高速船疲劳应力响应的传递函数44-46
• 4.2.4 船舶结构应力的响应谱46-47
• 4.2.5 应力范围的短期分布与长期分布47-49
• 4.2.6 疲劳累积损伤度计算49
• 4.2.7 平均应力对疲劳寿命的影响49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 60米铝合金高速船疲劳强度直接计算实例分析52-82
• 5.1 概述52
• 5.2 60米铝合金船的主要参数及结构特点52-53
• 5.2.1 主要船体参数52
• 5.2.2 船型与结构特点52-53
• 5.3 60米铝合金船有限元计算模型53-61
• 5.3.1 有限元法概述53-54
• 5.3.2 整船有限元模型的建立54-57
• 5.3.3 铝合金船疲劳热点的细化有限元模型57-60
• 5.3.4 铝合金船有限元模型边界条件和静力平衡条件60-61
• 5.4 铝合金高速船波浪载荷计算61-67
• 5.4.1 波浪载荷的计算原理61-62
• 5.4.2 波浪载荷数值计算62-67
• 5.5 载荷的加载67-71
• 5.6 疲劳应力响应计算结果71-74
• 5.7 疲劳应力响应计算后处理74-82
• 5.7.1 热点应力及热点应力法74-76
• 5.7.2 应力响应传递函数计算76-78
• 5.7.3 应力范围的短期和长期分布78-80
• 5.7.4 铝合金船疲劳寿命计算结果80
• 5.7.5 铝合金船疲劳结果分析80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 黄晓艳,刘波;舰船用结构材料的现状与发展[J];船舶;2004年03期

2 王东海,任慧龙,邹勇;平均应力对船体结构疲劳损伤计算的影响[J];哈尔滨工程大学学报;1998年01期

3 杜嘉立,杨盐生,郑云峰;船舶疲劳强度校核中Weibull形状参数的影响[J];交通运输工程学报;2003年02期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 葛菲;非线性波浪载荷作用下多种应力成份组合的船体结构疲劳强度分析[D];哈尔滨工程大学;2004年

2 冯国庆;船舶结构疲劳强度评估方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

3 宋欣;压载荷对铝合金疲劳裂纹扩展影响的有限元建模及实验研究[D];哈尔滨理工大学;2009年

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本文编号：641038