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基于典型节点疲劳试验的高速铝合金艇结构疲劳强度分析
| 论文题名： | 基于典型节点疲劳试验的高速铝合金艇结构疲劳强度分析 |
| 关键词： | 铝合金高速艇;薄板焊接结构;疲劳强度;应力场;有限元分析 |
| 摘要： | 疲劳问题是影响船舶寿命的重要因素之一，世界各国船级社对于船舶的疲劳评估工作都非常重视，随着多年来的研究工作，对许多种类的船型都有着对应的评估方法。但是对于高速艇而言，航行中遭遇的工况和载荷较为复杂，目前还并没有相关建议的评估方法，由于其受到波浪冲击载荷的影响，在船体某些结构位置疲劳问题较为严重，同样需要对其疲劳强度进行相应的评估。 船体的疲劳，主要集中在焊接构件的焊缝处或是一些开口的角隅处，对于焊缝处的疲劳评估而言，可以分为不同形式的焊接接头来评估，如对接焊接接头、T型焊接接头、十字型焊接接头等，虽然国际焊接协会（IIW）针对钢和铝合金推荐了不同方法及不同形式的焊接接头的疲劳评估S-N曲线，但是，对于铝合金而言，不同牌号的铝合金的疲劳强度相差较大，同时，薄板焊接的疲劳评估方法和厚板焊接的疲劳评估方法也有着较大差别。因此，有必要开展铝合金薄板船用焊接结构的疲劳评估工作。 本文以某5059铝合金建造的高速艇为例，开展疲劳评估方法研究、数值仿真预报和疲劳试验等研究工作，对其全船典型节点开展了疲劳强度评估和结构优化工作。主要研究内容如下： （1）开展了铝合金高速艇整船的结构强度直接计算，根据全船有限元结果，明确应力主要集中位置，选取全船结构中易疲劳的所有节点位置，进行整理归纳，按节点位置的几何形状及承受载荷方向情况，将所选节点分为五类典型节点。 （2）根据整船结构应力计算结果选取的疲劳节点，按节点位置的几何形状及承受载荷方向情况，将所选节点分为五类典型节点，对五类节点开展系列疲劳试验，并对试验结果进行分析筛选和整理。 （3）采用名义应力法、热点应力法、缺口应力法和缺口应力强度因子（N-SIF）法对铝合金焊接接头开展疲劳评估。比较了该四种方法评估对接、十字、T形焊接接头疲劳寿命的准确性和可靠性，选取可行的、较为合适的方法用于铝合金艇全船焊接节点的疲劳寿命评估。 （4）对铝合金高速艇开展全船的疲劳评估工作，采用基于本文试验结果的热点应力S-N曲线和基于Palmgren-Miner规则的线性累积损伤模型公式，对铝合金高速艇的全船节点进行寿命预测，并对未满足要求的节点位置进行相应的结构优化。 |
| 作者： | 佟哲 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 徐双喜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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