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原文传递船舶轴系裂纹扩展预测与评估

论文题名：	船舶轴系裂纹扩展预测与评估
关键词：	船舶轴系;内部裂纹;表面裂纹;扩展速率;疲劳寿命
摘要：	船舶在国际贸易往来、探究开发海洋资源、捍卫国家海洋主权等方面具有重要的作用。船舶的动力系统为船舶提供动力和二次能源。船舶轴系是动力输出与传递的关键部件。然而船舶长时间在海上航行，工作环境极为恶劣。轴系在运转时要承受由主柴油机和螺旋桨传来的激励，长期处于交变应力状态下。锻造过程中轴系或多或少会存在缺陷，在交变应力的载荷下就会出现裂纹的萌生、扩展甚至断裂，会对船舶造成灾难性的毁坏。因此研究船舶轴系裂纹的扩展，评估轴系裂纹的寿命，具有重要的意义。　　针对船舶轴系的裂纹问题，论文主要采用ANSYS软件的Mechanical APDL模块和Workbench模块进行船舶轴系的内部裂纹和轴系表面裂纹的仿真计算。主要研究内容如下：　　(1)基于材料力学的知识，分析了在弯扭载荷下轴上任意一点的受力情况，仿真计算时阶梯轴在纯转矩载荷下出现了应力集中现象，研究应力集中区域在不同转矩作用下的应力强度因子的变化规律。　　(2)在ANSYS中仿真计算轴内部的圆盘形裂纹的三维应力强度因子，比较了二次插值法和相互作用积分法在计算时的差异性。用控制变量法研究了转矩、弯矩、拉力对轴系的椭圆型表面裂纹的应力强度因子的影响。　　(3)基于Paris公式，推导出了裂纹扩展速率与船舶动力参数（主机运转功率、船舶轴系速率）之间的关系。在ANSYS中模拟了在转矩作用下轴系裂纹的扩展情况。评估计算了含椭圆型裂纹的船舶艉轴在转矩作用下，裂纹的疲劳寿命，并探讨了裂纹寿命与裂纹深度的关系。　　(4)为了缓解轴系裂纹故障，保障船舶航行安全，构建了船舶轴系裂纹扩展预测评估体系的流程图，为该体系的建立奠定了基础。
作者：	盖力康
专业：	轮机工程
导师：	袁成清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文