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多裂纹船体加筋板结构疲劳可靠性分析
| 论文题名： | 多裂纹船体加筋板结构疲劳可靠性分析 |
| 关键词： | 船体结构;多裂纹加筋板;断裂力学;疲劳评估;可靠性指数 |
| 摘要： | 疲劳破坏是危及海洋结构物安全的主要因素之一。疲劳寿命评估在船体结构设计过程中必不可少。加筋板结构广泛应用于主船体结构中，其安全可靠性影响着船舶整体的可靠性。相比于传统的S-N曲线疲劳计算方法，基于断裂力学的疲劳裂纹扩展理论更能考虑结构存在的初始裂纹和裂纹扩展过程等因素，更接近于结构实际破坏的过程。在船舶服役期间内，加筋板结构受到波浪产生的交变载荷作用，往往会产生裂纹甚至是多条裂纹。初始裂纹会逐渐地扩展至临界尺寸而导致疲劳破坏。为了计算出多裂纹加筋板结构安全可靠性，本文应用基于断裂力学的疲劳评估方法与可靠性理论，研究了多裂纹加筋板的疲劳可靠性。 对含多裂纹加筋板结构采用有限元分析计算，采用奇异元模拟裂纹得到裂纹应力强度因子。为了研究多裂纹间应力场相互影响，得到了多裂纹加筋板不同间距下几何修正系数（应力强度因子）变化的经验公式。裂纹应力强度因子受到带板和腹板及间隔裂纹影响的，选择在应力相互影响的间距下，得到两组不同带板和腹板裂纹尺寸组合的一系列有限元模型，计算分析出多裂纹扩展的几何修正系数公式。 然后基于疲劳裂纹扩展的Paris公式编写裂纹扩展程序，用蒙特卡洛法模拟裂纹扩展，将裂纹初始尺寸、材料参数、应力范围的概率分布和几何修正系数公式作为输入，对不同年限下的裂纹尺寸进行统计分析，得到预测的不同年限下的裂纹尺寸离散样本点。利用最小二乘法进行曲线拟合得到几何修正系数的参数的统计特征值，就得到了多裂纹加筋板的裂纹扩展概率模型。 根据多裂纹加筋板裂纹扩展概率模型可以求出不同年限下裂纹的均值和标准差，结合临界裂纹尺寸和裂纹的疲劳失效极限状态方程，使用可靠性指数进行结构的疲劳可靠性分析。考虑各裂纹失效对整个结构的影响，研究多裂纹的联合破坏模式下，得到随时间变化的多裂纹加筋板结构的可靠性指数。据此提出了船舶结构的检修和维护计划，以保证其安全可靠。 |
| 作者： | 魏晓波 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 冯国庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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