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腐蚀环境下养殖工船疲劳强度评估与结构优化设计
| 论文题名： | 腐蚀环境下养殖工船疲劳强度评估与结构优化设计 |
| 关键词： | 养殖工船;疲劳评估;结构优化;腐蚀特性 |
| 摘要： | 船体结构的疲劳问题是船体结构设计的重要内容之一。作为养殖工船的核心结构，养殖水舱结构需要保证一定的密闭性，一旦水舱结构在交变载荷作用下产生疲劳裂纹，将严重影响船舶安全，威胁养殖鱼群的生存安全。由于养殖水舱的结构具有明显的特异性，加之海水等物质的腐蚀性较强，需要特殊考虑船体结构腐蚀对其疲劳强度的影响，合理评估结构的疲劳热点部位和疲劳强度，并针对疲劳寿命较小的疲劳热点进行结构优化设计工作。再之，为满足行业发展绿色船舶的需求，本文还需考虑船体结构的优化设计。综上，本文的研究内容包括: (1)养殖水舱结构腐蚀特性研究。对液面位置、水体酸碱度条件等影响船体结构腐蚀效应的条件进行研究，得到养殖水舱腐蚀环境条件;考虑舱内不同位置腐蚀环境不同，将水舱划分为若干腐蚀区，利用多物理场耦合仿真软件COMSOLMultiphysics搭建腐蚀模型，等效出疲劳强度计算腐蚀余量扣除准则，并拟合出腐蚀厚度生长曲线，以便用于在有限元计算中进行材料属性的腐蚀修正。 (2)基于屈服屈曲强度的养殖工船结构优化设计。按照原船的板厚特点对全船进行划分，选定若干设计变量;选择屈服强度和屈曲强度作为约束条件;选择自适应-模拟退火算法、多岛遗传算法和粒子群算法作为优化算法;目标函数选取为全船总重最小。利用专业优化软件iSight搭建优化平台，迭代得到全船结构尺寸最优解。 (3)养殖水舱结构疲劳热点筛选方法研究。使用设计波法筛选出对应不同主控载荷的设计波及疲劳热点，使用疲劳谱分析方法得到结构应力响应，在热点位置进行应力插值，使用Minner线性累计损伤理论计算出所有疲劳热点的累计损伤度和疲劳寿命。 (4)对疲劳寿命较小的热点进行了结构形状优化设计。提出一种疲劳热点形状优化新思路，并依托多学科优化软件iSight搭建了形状优化设计系统，以疲劳热点区域的结构外形作为设计变量，以质量作为约束条件，以应力集中系数最小作为目标函数，使用自适应-模拟退火算法对三个疲劳热点进行形状优化设计。 |
| 作者： | 周思奇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 冯国庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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