大型船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度校核改進(jìn)方法研究.pdf

1、隨著海洋時(shí)代的到來(lái)，海上貿(mào)易迅速發(fā)展，船舶作為重要的海上交通工具，逐漸向大型化、經(jīng)濟(jì)化方向發(fā)展。船舶運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃允艿饺藗兊母叨戎匾暋Ｆ渲?，疲勞破壞是船舶結(jié)構(gòu)的主要破壞形式之一。為了保證船舶結(jié)構(gòu)有足夠的疲勞強(qiáng)度，各國(guó)船級(jí)社、船廠等均建立了船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度校核規(guī)范，這些規(guī)范均是建立在S-N曲線方法基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)化疲勞強(qiáng)度校核方法，但是用這些規(guī)范對(duì)同一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算得到的疲勞壽命卻大相徑庭；同時(shí)，該規(guī)范都是針對(duì)波浪載荷引起的高周疲勞而言的，忽略

2、了裝卸載引起的低周疲勞問(wèn)題。因此，作者首先理解并運(yùn)剛各船級(jí)社的規(guī)范計(jì)算了某些油輪節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命，分析了引起計(jì)算結(jié)果存在差異的原因。其次，初步探討了低周疲勞對(duì)船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響程度。另外，由于S-M曲線方法存在自身無(wú)法克服的缺陷，文中基于裂紋擴(kuò)展理論基礎(chǔ)之上研究了船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度校核方法，希望能為將裂紋擴(kuò)展理論用于船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估方面提供參考，為完善船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估做準(zhǔn)備工作。 本文作為國(guó)防科工委“十五”高技術(shù)船舶科研

3、項(xiàng)目的部分研究?jī)?nèi)容，以船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度校核方法為主題，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)研究，主要做了以下幾方面的工作： (1)對(duì)國(guó)內(nèi)外疲勞強(qiáng)度研究的發(fā)展、國(guó)內(nèi)外船舶結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度校核研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。介紹了疲勞強(qiáng)度累積損傷理論的產(chǎn)生和發(fā)展、裂紋擴(kuò)展理論的產(chǎn)生和發(fā)展、焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度研究以及疲勞強(qiáng)度校核方法的發(fā)展等方面的內(nèi)容。 (2)分析了各船級(jí)社疲勞強(qiáng)度校核規(guī)范的差異。通過(guò)理解并運(yùn)用DNV(挪威船級(jí)社)、ABS(美國(guó)船級(jí)社)、CCS(中國(guó)

4、船級(jí)社)三個(gè)船級(jí)社的疲勞強(qiáng)度校核規(guī)范以及DNV、ABS、LR(英國(guó)勞氏)船級(jí)社共同推出的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度校核規(guī)范JTP—CSR的疲勞強(qiáng)度校核方法，利用Visual Basic語(yǔ)言對(duì)這四套規(guī)范進(jìn)行編程，并根據(jù)程序?qū)θ龡l油輪的三處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較并分析存在差異的原因。為進(jìn)～步完善船級(jí)社的疲勞強(qiáng)度校核方法做準(zhǔn)備。 (3)研究了船舶結(jié)構(gòu)由于裝卸載引起的低周疲勞壽命問(wèn)題。文中分析了船舶結(jié)構(gòu)的受載特點(diǎn)以及引起低周疲

5、勞的原因，并對(duì)某油輪進(jìn)行了低周疲勞壽命計(jì)算，研究了低周疲勞對(duì)船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。從計(jì)算過(guò)程入手，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)低周疲勞壽命計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了更為合理適用的計(jì)算方法。 (4)討論了船舶與海洋結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用的焊接接頭焊趾處的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法。文中，作者對(duì)文獻(xiàn)中已有的丁型焊接接頭表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子放大系數(shù)繁雜的表達(dá)式進(jìn)行了簡(jiǎn)化分析，并與試驗(yàn)結(jié)果、有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較，說(shuō)明簡(jiǎn)化公式物理意義明確、簡(jiǎn)潔適用?？梢杂脕?lái)計(jì)算船舶

6、與海洋結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的對(duì)接、T型焊接接頭、十字焊接接頭的應(yīng)力強(qiáng)度因子。 (5)研究了隨機(jī)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算方法。分析了船舶結(jié)構(gòu)疲勞載荷的特點(diǎn)并建立了隨機(jī)載荷作用下的裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算模型。與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，表明本模型能給出較好的預(yù)測(cè)精度。將模型用于船舶結(jié)構(gòu)的疲勞壽命計(jì)算，結(jié)果較為理想。 本文創(chuàng)新性的工作主要體現(xiàn)在以上(3)～(5)所述的內(nèi)容。通過(guò)本文的研究工作得出了如下有價(jià)值的結(jié)論： (1)船舶結(jié)構(gòu)中低周疲

7、勞主要存在于大型油輪結(jié)構(gòu)中，其對(duì)船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響是不容忽視的。①、低周疲勞并不是所有的船型都存在，主要存在于大型油輪結(jié)構(gòu)中。②、各船級(jí)社常用的高周疲勞壽命曲線S-N進(jìn)行外推直接得到低周疲勞壽命校核需要的S-N曲線是完可行的。③、文中分析了波浪載荷等引起的小幅疲勞載荷以及滿載和壓載引起的大幅疲勞載荷導(dǎo)致的疲勞損傷的相互作用，提出了一種非線性累積損傷計(jì)算模型。 (2)本文得到的焊接接頭表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子放大系數(shù)簡(jiǎn)化表達(dá)式適于