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考虑波激振动响应的船舶结构疲劳损伤预报方法研究
| 论文题名： | 考虑波激振动响应的船舶结构疲劳损伤预报方法研究 |
| 关键词： | 船舶结构;波激振动;疲劳损伤;计算流体力学 |
| 摘要： | 船舶的大型化与高强钢在船舶建造中的应用，导致船舶在航行过程中频繁发生波激振动，波激振动会显著增加疲劳载荷，对船体结构的疲劳强度产生了严重的影响。目前水弹性理论被广泛应用于大型船舶波激振动响应的预报，而计算流体力学（ComputationalFluidDynamics,CFD）能够很好的考虑船体与流体间的相互作用，还能够考虑流体的粘性效应，能更真实地模拟船舶的运行环境，更加准确的预报船舶波激振动响应。本文将CFD和非线性有限元方法相结合，实现二者的双向协同仿真，用于研究船舶的波激振动响应，进而研究了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响。当船舶发生波激振动时，船体结构将遭遇两种或多种频率的载荷作用，其应力响应谱表现为双峰谱或多峰谱，目前双峰谱疲劳损伤计算方法被广泛应用于计算考虑波激振动的疲劳损伤，而采用双峰谱方法对多峰谱进行疲劳损伤计算存在很大的误差。因此本文提出了一种考虑多峰特征的疲劳损伤计算方法，以提高考虑波激振动的疲劳损伤的计算精度。本文的主要研究内容如下： （1）应用CFD-FEA联合仿真方法对船舶的波激振动响应进行了研究。首先提出了基于CFD-FEA联合仿真方法研究船舶波激振动响应的分析流程；其次借助有限元方法计算了船舶的干湿模态；再次计算了船舶的运动响应和波浪载荷，并与试验结果进行对比分析，验证仿真的可靠性；最后探究了波长，航速和波高等因素对船舶波激振动的影响。 （2）研究了波激振动对船体结构的疲劳损伤的影响。首先对研究的船中剖面某典型节点建立有限元细化模型，计算获得热点应力集中系数。随后对数值仿真结果进行处理得到热点应力时历和应力功率谱密度函数，研究了发生波激振动时的船体结构应力响应特征。最后用不同的疲劳分析方法计算了典型节点疲劳损伤，分析了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响，并对不同方法计算的考虑波激振动的疲劳损伤结果精度进行了探讨。 （3）研究了波激振动导致的多峰谱作用下的疲劳损伤计算方法。首先介绍了Dirlik方法和BenasciuttiandTovo方法这两种传统的多峰谱疲劳损伤计算方法，并且提出了一种考虑多峰特征的疲劳损伤计算方法。然后将本文方法和两种传统的多峰谱方法的计算结果与时域方法和双峰谱方法的结果进行对比，分析了传统多峰谱疲劳损伤计算方法的优劣，对本文方法的可靠性与准确性进行了验证。 |
| 作者： | 李建锋 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 乐京霞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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