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新型LNG液舱裂纹扩展寿命预报与可靠性分析
| 论文题名： | 新型LNG液舱裂纹扩展寿命预报与可靠性分析 |
| 关键词： | LNG运输船;液舱;结构破坏;疲劳分析法;焊接接头;疲劳寿命 |
| 摘要： | LNG运输船是水上天然气运输的主要工具。疲劳是结构破坏的主要形式之一。独立B型液舱作为液化天然气的主要维护系统，其疲劳性能及失效概率直接关系到船上的人身和财产安全。目前工程上常用的疲劳分析方法通常是基于线性累计损伤理论和S-N曲线方法，但是，线性累计损伤理论无法考虑诸如初始缺陷、载荷次序等因素对疲劳寿命的影响。对于独立B型液舱来说，其建造用钢的屈服强度更是大于400MPa，超出了疲劳强度规范中对材料屈服强度的要求，此时若采用常规疲劳分析方法对其进行疲劳寿命预报，得到的结果的可靠性有待于验证。 基于断裂力学裂纹扩展理论的疲劳分析方法作为一种理论上更合理的方法，已经引起了船舶行业的日益重视，一些船级社已经制定了相应的规范。本文基于DNV规范，采用裂纹扩展理论对独立 B型液舱的焊接接头部位进行疲劳寿命预报，并结合神经网络方法对其进行可靠性分析，从而为独立B型液舱的抗疲劳优化设计提供参考。本文的主要研究内容如下： （1）介绍本文研究背景，并对LNG船舶的疲劳评估以及可靠性分析现状做了综述。针对裂纹扩展率、断裂参数求解等关键问题，介绍了常用的两种裂纹扩展模型，总结了典型结构的应力强度因子计算经验公式，并针对当前的经验公式大多适用于张开型裂纹这一现状，采用数值分析手段对复杂载荷下的三维表面裂纹II、III型应力强度因子随裂纹尺寸的变化规律进行了研究。针对复杂结构和复杂载荷下的应力强度因子求解问题，推荐了一种基于子模型技术的解决方法。 （2）研究了DNV关于独立B型LNG液舱的规范，并对失效评估图技术进行了介绍。以某新型 LNG船为研究对象，建立了相应的独立 B型液舱有限元模型，按照规范对液舱的疲劳工况进行了总结，对其疲劳载荷进行了计算，并构造相应的疲劳载荷谱，最后以Paris裂纹扩展公式为基础，采用逐周循环的方法，编写相应的疲劳寿命计算程序，结合失效评估图，对某典型节点的裂纹扩展寿命进行了计算。得到该节点的疲劳寿命满足要求。 （3对几种常用的可靠性分析方法做了简要的介绍，尝试将基于断裂力学的疲劳寿命预报方法与可靠性分析相结合，提出了一种基于神经网络和蒙特卡洛方法的裂纹扩展寿命可靠性计算方法。以独立B型液舱某疲劳节点作为研究对象，对神经网络的预测精度进行了验证，并在神经网络响应面的基础上，采用蒙特卡洛方法对其疲劳失效概率进行了计算，通过和采用其他可靠性方法计算结果的对比，验证了所提出的方法的准确性。最后，对裂纹参数对结果的影响进行了分析和讨论。 |
| 作者： | 张宇 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 黄小平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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