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原文传递大型船舶结构疲劳强度校核改进方法研究

论文题名：	大型船舶结构疲劳强度校核改进方法研究
关键词：	船舶结构;疲劳强度;校核规范
摘要：	随着海洋时代的到来，海上贸易迅速发展，船舶作为重要的海上交通工具，逐渐向大型化、经济化方向发展。船舶运输的安全可靠性受到人们的高度重视。其中，疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度，各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范，这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的简化疲劳强度校核方法，但是用这些规范对同一节点进行计算得到的疲劳寿命却大相径庭；同时，该规范都是针对波浪载荷引起的高周疲劳而言的，忽略了装卸载引起的低周疲劳问题。因此，作者首先理解并运刚各船级社的规范计算了某些油轮节点的疲劳寿命，分析了引起计算结果存在差异的原因。其次，初步探讨了低周疲劳对船舶结构疲劳寿命的影响程度。另外，由于S-M曲线方法存在自身无法克服的缺陷，文中基于裂纹扩展理论基础之上研究了船舶结构疲劳强度校核方法，希望能为将裂纹扩展理论用于船舶结构疲劳寿命评估方面提供参考，为完善船舶结构疲劳寿命评估做准备工作。本文作为国防科工委“十五”高技术船舶科研项目的部分研究内容，以船舶结构疲劳强度校核方法为主题，对其进行了改进研究，主要做了以下几方面的工作： (1)对国内外疲劳强度研究的发展、国内外船舶结构的疲劳强度校核研究现状进行综述。介绍了疲劳强度累积损伤理论的产生和发展、裂纹扩展理论的产生和发展、焊接结构疲劳强度研究以及疲劳强度校核方法的发展等方面的内容。 (2)分析了各船级社疲劳强度校核规范的差异。通过理解并运用DNV(挪威船级社)、ABS(美国船级社)、CCS(中国船级社)三个船级社的疲劳强度校核规范以及DNV、ABS、LR(英国劳氏)船级社共同推出的船舶结构疲劳强度校核规范JTP—CSR的疲劳强度校核方法，利用Visual Basic语言对这四套规范进行编程，并根据程序对三条油轮的三处节点进行疲劳寿命计算，将计算结果进行比较并分析存在差异的原因。为进～步完善船级社的疲劳强度校核方法做准备。 (3)研究了船舶结构由于装卸载引起的低周疲劳寿命问题。文中分析了船舶结构的受载特点以及引起低周疲劳的原因，并对某油轮进行了低周疲劳寿命计算，研究了低周疲劳对船舶结构疲劳寿命的影响。从计算过程入手，对船舶结构低周疲劳寿命计算方法进行了改进，提出了更为合理适用的计算方法。 (4)讨论了船舶与海洋结构中广泛应用的焊接接头焊趾处的应力强度因子计算方法。文中，作者对文献中已有的丁型焊接接头表面裂纹应力强度因子放大系数繁杂的表达式进行了简化分析，并与试验结果、有限元分析结果进行比较，说明简化公式物理意义明确、简洁适用。可以用来计算船舶与海洋结构中常见的对接、T型焊接接头、十字焊接接头的应力强度因子。 (5)研究了随机载荷作用下的裂纹扩展寿命计算方法。分析了船舶结构疲劳载荷的特点并建立了随机载荷作用下的裂纹扩展寿命计算模型。与试验结果进行比较，表明本模型能给出较好的预测精度。将模型用于船舶结构的疲劳寿命计算，结果较为理想。本文创新性的工作主要体现在以上(3)～(5)所述的内容。通过本文的研究工作得出了如下有价值的结论： (1)船舶结构中低周疲劳主要存在于大型油轮结构中，其对船舶结构疲劳寿命的影响是不容忽视的。①、低周疲劳并不是所有的船型都存在，主要存在于大型油轮结构中。②、各船级社常用的高周疲劳寿命曲线S-N进行外推直接得到低周疲劳寿命校核需要的S-N曲线是完可行的。③、文中分析了波浪载荷等引起的小幅疲劳载荷以及满载和压载引起的大幅疲劳载荷导致的疲劳损伤的相互作用，提出了一种非线性累积损伤计算模型。 (2)本文得到的焊接接头表面裂纹应力强度因子放大系数简化表达式适于工程问题，且物理意义明确。可以用丁船舶与海洋结构中常见的对接、T型接头、十字接头焊趾处的疲劳损伤的疲劳寿命和断裂特性。 (3)文中提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数的随机载荷作用下裂纹扩展率计算模型。通过与试验数据以及其他模型进行比较发现此模型和试验数据吻合的很好。而且，此模型可以用来计算波浪载荷作用下的裂纹扩展寿命，计算结果与有限元计算结果相比较为吻合。
作者：	韩芸
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	吴有生;崔维成
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文