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小水线面双体船多轴高周疲劳评估方法研究

作　者: 刘金勇
导　师: 曲先强
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 多轴高周疲劳 MWCM 比例/非比例加载累积损伤小水线面双体船
分类号: U674.951
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

对于船舶与海洋工程结构，疲劳失效是其主要的破坏形式之一，且通常发生在焊接部位。小水线面双体船连接桥结构由于承受着复杂的波浪载荷作用，且几何形状较为复杂，常常处于多轴应力状态。因此有必要对小水线面双体船连接桥结构的多轴高周疲劳展开研究。本文引进了一种新的修正S-N曲线方法（MWCM）来评估焊接结构的多轴高周疲劳损伤寿命。通过管板焊接接头多轴疲劳试验数据验证了该方法的可行性以及预测精度，并与Von Mises等效应力法、Eurocode3规范方法以及IIW规范方法进行比较。结果显示，MWCM既能够适用于比例加载下的多轴疲劳损伤寿命预测，也适用于非比例加载下的多轴疲劳损伤寿命预测，且预测寿命的离散度较小。结合Miner线性疲劳损伤累积理论和应力范围的Weibull长期分布，推导了船舶与海洋工程结构基于MWCM的多轴疲劳累积损伤度计算公式。最后对某小水线面双体船的多轴高周疲劳强度展开了研究。参照CCS《小水线面双体船指南》，通过对小水线面双体船进行有限元应力分析，发现小水线面双体船连接桥结构处于多轴应力状态，且属于多轴比例加载，剪应力的影响不可以忽略。因此不能以单一正应力分量来估算结构的疲劳损伤寿命，必须采用多轴疲劳分析方法校核其疲劳强度。分别采用了最大主应力法和MWCM计算了其多轴高周疲劳累积损伤寿命，MWCM估算的累积损伤比最大主应力法的略大。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究综述  11-15
    1.2.1 多轴疲劳研究综述  11-14
    1.2.2 小水线面双体船疲劳研究综述  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-16
第2章多轴高周疲劳分析基础  16-32
  2.1 概述  16
  2.2 多轴疲劳的定义  16
  2.3 应力状态分析  16-23
    2.3.1 一点的应力状态  16-19
    2.3.2 主应力和剪应力  19-20
    2.3.3 等效应力、静水应力和应力偏量  20-23
  2.4 疲劳载荷  23-25
    2.4.1 单轴循环应力  23-24
    2.4.2 多轴比例和非比例循环应力  24-25
  2.5 多轴高周疲劳破坏准则  25-30
    2.5.1 等效应力准则  25
    2.5.2 应力不变量准则  25-26
    2.5.3 临界面应力准则  26-30
  2.6 本章小结  30-32
第3章一种新的多轴高周疲劳寿命预测模型  32-47
  3.1 概述  32
  3.2 MWCM 的物理基础  32-35
    3.2.1 一些基本概念  32-33
    3.2.2 基于单晶体循环形变理论的多轴疲劳损伤  33-35
  3.3 MWCM 的多轴高周疲劳损伤参量及控制方程  35-38
  3.4 管板焊接接头多轴高周疲劳研究  38-46
    3.4.1 管板焊接接头疲劳试验  38-40
    3.4.2 Von Mises 等效应力法  40-41
    3.4.3 Eurocode3 规范方法  41-42
    3.4.4 IIW 规范方法  42-43
    3.4.5 MWCM  43-44
    3.4.6 标准差分析  44-46
    3.4.7 结果讨论  46
  3.5 本章小结  46-47
第4章多轴疲劳损伤累积理论  47-52
  4.1 概述  47
  4.2 Miner 线性疲劳损伤累积理论  47-50
    4.2.1 S-N 曲线  47-48
    4.2.2 Miner 定理  48-49
    4.2.3 应力范围的长期分布  49-50
    4.2.4 疲劳累积损伤计算  50
  4.3 多轴疲劳损伤累积理论  50-51
    4.3.1 多轴加载下的疲劳极限  50-51
    4.3.2 MWCM 的多轴疲劳累积损伤公式  51
  4.4 本章小结  51-52
第5章小水线面双体船多轴高周疲劳评估  52-74
  5.1 概述  52
  5.2 小水线面双体船有限元模型建立  52-53
    5.2.1 船体主尺度及参数  52-53
    5.2.2 有限元模型建立  53
  5.3 小水线面双体船的设计载荷  53-58
    5.3.1 总体横向弯矩  53-55
    5.3.2 总体水平扭矩  55-56
    5.3.3 总体不同步纵摇扭矩  56-57
    5.3.4 总体纵向弯矩  57-58
  5.4 疲劳计算工况  58
  5.5 边界条件的设置  58-60
  5.6 疲劳评估的部位  60-62
  5.7 热点应力的直接计算  62-65
    5.7.1 局部精细网格模型  63-64
    5.7.2 热点应力插值计算  64-65
    5.7.3 热点应力范围  65
  5.8 多轴高周疲劳累积损伤计算  65-73
    5.8.1 S-N 曲线的选取  65-66
    5.8.2 多轴应力状态分析  66-70
    5.8.3 最大主应力法计算结果  70-71
    5.8.4 MWCM 计算结果  71-73
  5.9 疲劳累积损伤寿命结果说明  73
  5.10 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-80
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  80-81
致谢  81

小水线面双体船多轴高周疲劳评估方法研究

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