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高低频组合应力作用下结构疲劳强度研究
| 论文题名： | 高低频组合应力作用下结构疲劳强度研究 |
| 关键词： | 集装箱船;船体结构;应力载荷;疲劳强度 |
| 摘要： | 近年来，不断推出大型船舶，其结构的固有频率已达到很低的水平(4rad/s)，在一些海况中会导致船体结构发生共振。在应力响应谱中，出现明显的双峰形式，大大地增加了结构热点应力范围，造成较严重的疲劳破坏。本文主要针对高低频组合应力作用下船体结构产生的疲劳问题，研究了弹性船体高低频载荷预报方法与高低频组合应力作用下船体结构疲劳强度评估方法。本文的主要研究内容如下: 1)研究了集装箱船剖面特征参数的计算方法。将集装箱船简化为槽型薄壁梁，结合槽型薄壁梁截面弯曲切应力分布规律，推导了槽型薄壁梁截面的弯曲中心及扭转中心计算公式，获取了船体梁截面的剖面信息。进而采用迁移矩阵法计算船体结构的模态。同时采用有限元法计算船体结构的模态，对两种结果的差异性进行了分析。 2)研究了高低频载荷的计算方法。基于三维频域水弹性理论，分析了船体的载荷特性。为了保证载荷数值仿真的准确性，分析了水动力系数、高低频载荷的网格收敛。探讨了阻尼系数、航速、浪向等因素对高低频载荷的影响。 3)研究了高低频组合应力作用下的船体结构疲劳强度评估频域与时域方法。提出了一种基于等效双频波模型的组合应力疲劳评估时域分析方法，分析了高低频应力成分的频率特性及幅值特性。通过将规则波中载荷响应RAO转化为具体海况下非规则波下载荷响应时历，以雨流计数法计算的疲劳损伤结果为标准，分析等效双频波模型的误差，并于谱分析方法的计算结果做了比较分析。以等效双频波模型及有限元法为基础，提出一种计及扭转的船体结构疲劳评估时域方法。分析了扭转载荷对集装箱船疲劳强度的影响。 4)研究了一艘20000TEU集装箱船疲劳特性。分析了集装箱船的应力集中程度，明确了海浪谱的中有义波高、平均周期的效能。结合频域谱分析法计算了含高频应力成分的疲劳损伤，分析了频率分点的选取方法对结构疲劳损伤增量的影响。同时，也分析了应力成份、航速、载荷成份、浪向等计算参数的疲劳损伤差异性。 |
| 作者： | 李哲 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 任慧龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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