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寿命期内基于FPSO极限强度的可靠性研究
| 论文题名： | 寿命期内基于FPSO极限强度的可靠性研究 |
| 关键词： | 非线性有限元法;剩余极限强度;可靠性;船舶设计 |
| 摘要： | 船舶与海洋结构物在其服役期间发生的灾难性事故不仅严重危害工作人员的人身安全，而且会造成巨大的经济损失以及严重的环境污染问题。因此需要在船舶设计的初始阶段考虑船舶全寿命周期内的极限强度，传统的强度校核都是采用确定性方法，由于确定性方法没有考虑到各个因素的不确定性，需要采用以概率论为基础的可靠性分析方法。 本文采用非线性有限元法对受轴向压缩载荷的含裂纹腐蚀损伤加筋板剩余极限强度分析，考虑了裂纹腐蚀相对位置分布、腐蚀数目、裂纹长度、腐蚀坑半径等因素对剩余极限强度的影响，并与试验结果对比；在此基础上对含裂纹腐蚀损伤的FPSO舱段进行剩余极限强度分析，并对其进行可靠性分析。具体研究内容如下： （1）采用非线性有限元法计算含裂纹腐蚀损伤加筋板的剩余极限强度，考虑网格尺寸、裂纹腐蚀相对位置、腐蚀坑数目、裂纹长度、腐蚀坑半径等因素对加筋板剩余极限强度的影响。计算结果表明，裂纹长度的改变对其剩余极限强度的影响最为明显，网格尺寸以及裂纹腐蚀相对位置对其剩余极限强度的影响较小。 （2）根据有限元计算结果设计含裂纹腐蚀损伤加筋板试件，进行轴向压缩试验，测量加筋板主板的初始变形，将试验结果与加入初始变形的有限元结果对比分析发现，试验结果与有限元结果较吻合，说明有限元方法的可行性。 （3）为了研究 FPSO舱段的极限强度，选取完整结构一个肋位半船模型、一个肋位全船模型、四个肋位全船模型、四个肋位中间加入横向框架四种模型进行非线性计算，分析模型范围的选取对计算结果的影响；分析完整结构、只含裂纹、只含腐蚀、含裂纹腐蚀舱段中拱/中垂状态下的应力分布以及极限弯矩变化规律；考虑腐蚀随使用年限的变化，分析了10年、15年、20年点蚀对舱段剩余极限强度的影响，并与20年的均匀腐蚀对比分析，发现点蚀对整个结构的极限强度影响较小，而均匀腐蚀对整个结构的极限强度影响较明显。 （4）分析船体极限强度、静水弯矩、波浪弯矩的统计特征，选取屈服极限、弹性模量、板厚等随机变量，采用Monte Carlo法随机抽样技术抽取100组数据并结合ANSYS软件，获得船体极限强度的统计特征；再由这100组数据以及计算结果通过响应面法拟合出船体极限强度的一次项、二次项、交叉项的函数关系式，采用一次二阶矩法计算出船体结构的可靠度指标以及失效概率。发现中拱状态下的可靠度总是大于中垂状态下的可靠度，响应面法计算可靠度更保守。 |
| 作者： | 徐烁硕 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 施兴华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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