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碎冰区航行船舶结构疲劳损伤评估方法研究
| 论文题名： | 碎冰区航行船舶结构疲劳损伤评估方法研究 |
| 关键词： | 船舶结构;疲劳损伤;评估方法;碎冰区 |
| 摘要： | 随着全球气候变暖，北极冰盖出现大面积的融化，北极航线的通行成为了可能。极地运输船舶随着破冰船开辟的航道或者独立航行时会遭遇大量的碎冰，船体与碎冰的碰撞呈现周期性，因而会产生较大的交变应力，进而导致船体局部结构萌生裂纹甚至是发生疲劳断裂破坏。极地船舶一旦发生漏油现象，将会对北极环境造成难以清理的灾难。因此，碎冰区极地运输船舶冰致疲劳损伤研究极为重要。本文针对极地运输船舶的疲劳损伤分析方法，展开以下研究： 1.介绍了船-冰碰撞的有限元仿真的基本原理，同时对模拟船-冰碰撞的流固耦合算法原理和基于浮冰载荷二次开发的简化方法进行了详细介绍，并简述了通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论计算疲劳损伤的过程。 2.建立结构-碎冰有限元模型，分别利用流固耦合方法和简化方法对模型进行计算分析，对比了两种方法模拟的结果，分析了产生误差的原因，并确定了适用于船-冰碰撞长时间结构应力响应的时域分析方法。 3.介绍了北极航道的划分和冰区冰况分布，按照极地船舶安全航速范围选取合适的航行速度，再结合相关海域海冰密集度分布状况确定了海冰密集度，从而对冰区船舶疲劳子工况进行了划分。运用所提出的简化方法对船艏-碎冰有限元模型进行分析，模拟了船艏与碎冰碰撞的现象，并将各工况下的碰撞力结果与其他船只实测结果进行对比分析。 4.根据疲劳强度指南筛选了四处典型疲劳热点，通过瑞利分离法对多种疲劳工况下结构热点的应力时程曲线进行分析，统计了各工况下应力循环的幅值与均值。最后，结合Miner线性累积损伤理论计算了设计寿命周期内冰载荷引起的船体结构疲劳损伤。 |
| 作者： | 常顺 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 袁奎霖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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