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舰船主蒸汽管路抗冲击有限元分析及剩余强度计算
| 论文题名： | 舰船主蒸汽管路抗冲击有限元分析及剩余强度计算 |
| 关键词： | 舰船主蒸汽管路;有限元;剩余强度;抗冲击分析 |
| 摘要： | 主蒸汽管路是舰船动力设备的重要连接环节，承担了为动力装备输送工质的重要任务。舰船面对冲击问题时，主蒸汽管路的结构极有可能出现破损，进而威胁舰船生命力和可靠性。因此，在舰船动力系统设计中，迫切需要对主蒸汽管路的抗冲击能力进行评估。同时，对产生疲劳裂纹情况下管路的剩余强度进行计算，以期为舰船管路的检修及维护期的制定提供参考。 本文根据舰船主蒸汽管路的结构特点进行物理建模。采用等效静力法、动态分析法和时域法研究了非接触爆炸冲击作用下的主蒸汽管路系统的冲击应力响应和位移响应。通过探讨波浪中船向管路传递载荷的机制，确定了不同航向角的波浪冲击时主蒸汽管路的边界条件，获得了管路的动态响应。基于有限元数值模拟和理论计算两方面的应力分析结果，确定了两种不同冲击载荷下管路结构的薄弱环节，即应力集中区域，最终根据规范ASME-B31G和规范CVDA-1984对主蒸汽管路模型的剩余强度进行评估。 根据以上研究思路，对主蒸汽管路进行三维模拟，实现了抗冲击性分析及剩余强度计算。结果表明:采用等效静力法、动态分析法和时域法分析的非接触爆炸不同方向冲击下管路的响应分布规律相似。均是横向冲击引起的管路响应值最大，且危险点位置几乎均出现在管路弯头处，所有区域的Von-Mises应力值均未出现大于材料屈服极限值的情况。3种航向角下主蒸汽管路在x、y、z三个方向的应力及位移响应分布规律相似且数值相近，其中90°航向角y向冲击时管路有最大响应值，最大等效应力为174.84MPa，最大位移为15.19mm，且危险点均出现在管路弯头处。服役20年时非接触爆炸冲击三个方向管道裂纹的长度值分别为16.05mm、1.70mm和10.80mm;海浪冲击下管道裂纹的长度值为1.85mm。经验证不同裂纹尺寸下SIF值的计算误差均在±5％以内。在非接触爆炸横向、垂向冲击载荷下，管路发生弹塑性失效，在非接触爆炸纵向冲击和海浪纵向冲击下发生脆性失效。针对不同的失效模式，分别采用CVDA-1984规范和ASME-B31G标准计算了管路的剩余强度，2种规范的计算结果误差在±10％以内。这些工作为主蒸汽管路的结构设计及检修期的制定提供重要依据。 |
| 作者： | 李晨硕 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 李彦军 |
| 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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