大型船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度校核改進方法研究.pdf

1、隨著海洋時代的到來，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)濟化方向發(fā)展。船舶運輸?shù)陌踩煽啃允艿饺藗兊母叨戎匾?。其中，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)有足夠的疲勞強度，各國船級社、船廠等均建立了船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度校核規(guī)范，這些規(guī)范均是建立在S-N曲線方法基礎(chǔ)上的簡化疲勞強度校核方法，但是用這些規(guī)范對同一節(jié)點進行計算得到的疲勞壽命卻大相徑庭；同時，該規(guī)范都是針對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題。因此，作者首先理解并運剛各船級社的規(guī)范計算了某些油輪節(jié)點的疲勞壽命，分析了引起計算結(jié)果存在差異的原因。其次，初步探討了低周疲勞對船舶結(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法克服的缺陷，文中基于裂紋擴展理論基礎(chǔ)之上研究了船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度校核方法，希望能為將裂紋擴展理論用于船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估方面提供參考，為完善船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估做準備工作。 本文作為國防科工委“十五”高技術(shù)船舶科研

3、項目的部分研究內(nèi)容，以船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度校核方法為主題，對其進行了改進研究，主要做了以下幾方面的工作： (1)對國內(nèi)外疲勞強度研究的發(fā)展、國內(nèi)外船舶結(jié)構(gòu)的疲勞強度校核研究現(xiàn)狀進行綜述。介紹了疲勞強度累積損傷理論的產(chǎn)生和發(fā)展、裂紋擴展理論的產(chǎn)生和發(fā)展、焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度研究以及疲勞強度校核方法的發(fā)展等方面的內(nèi)容。 (2)分析了各船級社疲勞強度校核規(guī)范的差異。通過理解并運用DNV(挪威船級社)、ABS(美國船級社)、CCS(中國

4、船級社)三個船級社的疲勞強度校核規(guī)范以及DNV、ABS、LR(英國勞氏)船級社共同推出的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度校核規(guī)范JTP—CSR的疲勞強度校核方法，利用Visual Basic語言對這四套規(guī)范進行編程，并根據(jù)程序?qū)θ龡l油輪的三處節(jié)點進行疲勞壽命計算，將計算結(jié)果進行比較并分析存在差異的原因。為進～步完善船級社的疲勞強度校核方法做準備。 (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題。文中分析了船舶結(jié)構(gòu)的受載特點以及引起低周疲

5、勞的原因，并對某油輪進行了低周疲勞壽命計算，研究了低周疲勞對船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。從計算過程入手，對船舶結(jié)構(gòu)低周疲勞壽命計算方法進行了改進，提出了更為合理適用的計算方法。 (4)討論了船舶與海洋結(jié)構(gòu)中廣泛應用的焊接接頭焊趾處的應力強度因子計算方法。文中，作者對文獻中已有的丁型焊接接頭表面裂紋應力強度因子放大系數(shù)繁雜的表達式進行了簡化分析，并與試驗結(jié)果、有限元分析結(jié)果進行比較，說明簡化公式物理意義明確、簡潔適用。可以用來計算船舶

6、與海洋結(jié)構(gòu)中常見的對接、T型焊接接頭、十字焊接接頭的應力強度因子。 (5)研究了隨機載荷作用下的裂紋擴展壽命計算方法。分析了船舶結(jié)構(gòu)疲勞載荷的特點并建立了隨機載荷作用下的裂紋擴展壽命計算模型。與試驗結(jié)果進行比較，表明本模型能給出較好的預測精度。將模型用于船舶結(jié)構(gòu)的疲勞壽命計算，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。通過本文的研究工作得出了如下有價值的結(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、各船級社常用的高周疲勞壽命曲線S-N進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致的疲勞損傷的相互作用，提出了一種非線性累積損傷計算模型。 (2)本文得到的焊接接頭表面裂紋應力強度因子放大系數(shù)簡化表達式適于