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原文传递大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳特性分析

论文题名：	大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳特性分析
关键词：	船体结构板架;铝合金;大载荷反复作用;疲劳特性
摘要：	铝合金由于具备强度高、耐腐蚀性好等优点，可以有效减轻船体重量，提高船舶航速，因此广泛应用于中小型高速船舶的建造，比如军用小型舰艇、水翼艇、穿浪双体船等。然而，铝合金船舶航行速度的提高必然会导致遭遇载荷的增大，尤其是在中等附近海况，会遭受较大砰击载荷反复作用，使得船体结构中产生循环高载应力成分，造成船体结构板架出现疲劳损伤；由于这种大载荷反复作用引起船体结构发生疲劳损坏的时间较短，同时会伴随有使结构进入塑性的倾向，而大载荷“反复”作用本身不同于一般的“循环”作用，使得这类问题既类似于传统的低周疲劳，但又与其有本质的不同。所以，针对铝合金船体中易发生疲劳的典型节点结构，深入探讨大载荷反复作用铝质特殊船体结构疲劳问题具有极大的工程化意义和理论价值。而现有研究成果中，大多数研究是围绕钢质船体节点结构展开，对于铝合金船体结构疲劳研究较少，尤其是如穿浪双体船等新型船舶，某些特殊节点的疲劳特性研究更是很少。为深入了解大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳破坏模式，分析大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳性能，建立适用于评估铝质特殊船体结构的典型节点疲劳寿命曲线。因此，本研究针对某铝合金穿浪双体船主船体结构板架疲劳失效问题，设计开展大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳试验，并结合有限元建模与疲劳分析软件进行船体结构强度与疲劳仿真计算，深入研究大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳失效行为机理，总结大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳破坏模式的一般性规律，分析不同载荷大小对板架变形、寿命及生成裂纹长度的影响，建立适用于预测铝质特殊船体结构板架疲劳寿命的典型节点曲线，为类似铝合金结构疲劳性能研究提供参考依据。本文围绕大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳问题开展了以下工作：　　（1）查阅相关文献，初步提出课题研究方案。　　（2）建立铝质穿浪双体船主船体有限元模型，依据DNV规范及相关设计标准，并计及有无抨击载荷作用下，对主船体进行结构强度仿真计算，分析抨击载荷作用前后，主船体及局部抨击区域结构应力变化规律，根据有限元结果对船体板架发生失效行为的原因作出初步解释，为下文开展疲劳试验及仿真分析奠定基础。　　（3）根据铝质穿浪双体船主船体结构强度有限元分析结果，简化了局部受载区域结构，建立了典型铝质特殊船体节点板架，结合有限元软件ANSYS和疲劳分析软件Fe-safe，开展了典型铝质特殊船体节点板架静强度及疲劳仿真分析，基于仿真结果，为疲劳试验监测点位置确定及载荷加载形式等提供依据。　　（4）设计制作实尺度船体节点板架模型，针对各典型节点形式，分别开展铝质特殊船体节点板架极限承载试验与疲劳试验研究，根据试验结果，讨论了疲劳载荷对板架变形、寿命及生成裂纹长度的影响，分析总结了大载荷反复作用铝质特殊船体结构板架疲劳破坏模式的一般性规律，建立了适用于预测铝质特殊船体板架典型节点疲劳寿命曲线；　　（5）根据前期研究结果，对原船体结构板架进行改良加强，开展了加强后极限承载试验和疲劳试验，对比分析了加强前后铝质特殊船体结构板架承载能力及疲劳性能，加强后船体板架的承载能力水平和抗疲劳能力均得到较大提高，可有效减缓持久载荷作用的影响。
作者：	李梦伟
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	赵耀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文