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小型高密度聚乙烯渔船疲劳寿命研究
| 论文题名： | 小型高密度聚乙烯渔船疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 高密度聚乙烯;渔船;断裂力学;疲劳裂纹扩展;寿命预测;有限元模型 |
| 摘要： | 我国沿海存在木质渔船多，船龄长，船体老旧、易腐蚀等诸多问题，老旧渔船更新换代一直是我国渔业发展迫切需要解决的问题。论文在“以塑代钢、以塑代木”的渔船替代更新发展思路上，将高密度聚乙烯（High Density PolyEthylene，以下简称HDPE）船舶为研究对象，选择疲劳寿命作为详细研究内容，为加快我国沿海老旧渔船升级改造，提升我国渔业现代化进程提供一定参考。 目前，船舶结构疲劳评估方法主要是假设材料无缺陷下的S-N曲线法，考虑到实际材料中总存在裂纹缺陷和没有该材料的S-N曲线，本文将基于疲劳裂纹扩展理论采用结构有限元方法对船舶尾舱壁和尾隔板连接点处进行疲劳寿命的分析和预报。论文的主要研究工作包括： （1）测试HDPE船用板材的力学性能。通过拉伸试验、冲击试验、硬度试验和熔体指数试验，得到HDPE船用板材的弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉极限等力学性能值，以便后续结构有限元强度分析时赋予材料属性和疲劳裂纹扩展寿命分析时近似模拟出材料的曲线。da/dN??K（2）调研总结HDPE船舶的建造工艺流程。通过船厂实地调研，总结出高密度聚乙烯船艇的建造工艺流程，为今后该类船艇的建造提供一定参考。 （3）建立HDPE船舶的结构有限元分析模型，并进行强度分析，为疲劳寿命预测与评估提供相关数据。 （4）进行疲劳裂纹扩展寿命分析。基于疲劳裂纹扩展理论，运用MSC.FATIGUE软件和Paris公式相结合的方法对5.5mHDPE敞开艇尾舱壁和尾隔板连接节点处进行疲劳裂纹扩展寿命分析，探讨了不同裂纹形状比及初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响，并分析了尾舱壁发生断裂破坏下的整船结构强度。 通过论文研究，得到如下结论： （1）通过有限元结构强度分析，得到整船的应力与变形云图。数值仿真结果表明，该艇整体强度满足要求。 （2）将尾舱壁和尾隔板连接节点处选为疲劳寿命研究中的疲劳热点，对其进行疲劳寿命分析发现随着载荷循环次数的增长，裂纹扩展速率逐渐加快，在裂纹扩展初期，裂纹扩展速率较慢，其扩展寿命占据了整个寿命的大部分。 （3）不同的裂纹形状比和初始裂纹尺寸会对疲劳裂纹扩展寿命产生很大影响，但寿命值都在同一数量级。相同的初始裂纹尺寸和应力幅，随着裂纹形状比的增大，疲劳寿命增加；裂纹形状比和应力幅不变下，初始裂纹尺寸越大，寿命越短。 （4）当尾舱壁在甲板以上的部分发生彻底断裂破坏时，整船强度仍满足要求，但与尾舱壁相连的船舷处的船体刚度不足。 |
| 作者： | 张斌 |
| 专业： | 捕捞学 |
| 导师： | 张光发;张维英 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海洋大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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