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船舶结构疲劳强度评估的设计波法

作　者: 李依阳
导　师: 冯国庆
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: 疲劳强度设计波谱分析 Weibull分布控制载荷参数
分类号: U661.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。目前,各国船级社提出的疲劳强度评估方法主要可分为简化算法或直接计算法。由于直接计算法大多是由结构有限元分析得到结构的应力响应,与简化算法相比更能反应结构的细节,被各国船级社普遍采用。直接计算法又可以分为谱分析法和设计波法。但因为谱分析法的工作量十分巨大,效率不高,所以疲劳设计波法是一种很值得研究的方法。尤其是在工程领域,采用设计波法进行疲劳强度评估既能得到相对合理的结果,又能大量的简化计算过程,将具有很广阔的应用前景。本文旨在探讨可用于船舶结构疲劳强度评估的具有普遍意义的设计波方法。围绕设计波的确定,主要进行了以下几个方面的工作：1.选取5条散货船,采用谱分析方法分别对其进行疲劳强度计算和校核。包括全船有限元模型的建立、热点位置的网格细化,谱分析所需的波浪载荷的计算,并基于PATRAN控制语言(PCL)实现了自动加载、自动提交计算、自动处理结果等短时高效的结构有限元分析解决方案；2.选取四种控制载荷参数,确定其对应的设计波系统,并应用确定出的多个设计波计算所选的5条船的疲劳累积损伤和疲劳寿命；3.以谱分析法得到的疲劳计算结果为目标值,对多种设计波的疲劳结果进行拟合,探寻与谱分析结果吻合的较好的设计波方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 本文的目的和意义  10
  1.2 船舶疲劳问题的研究概况  10-13
    1.2.1 简化算法的概况  11-12
    1.2.2 直接计算法的概况  12-13
  1.3 本文的基本思想  13-14
  1.4 论文主要工作简介  14-16
第2章疲劳谱分析法实船计算  16-34
  2.1 概述  16
  2.2 谱分析法的流程  16-17
  2.3 谱分析法疲劳强度计算实例  17-33
    2.3.1 确定装载工况  17-18
    2.3.2 有限元模型的建立  18-24
    2.3.3 压力载荷的计算  24-25
    2.3.4 有限元软件自动控制技术研究  25-29
    2.3.5 热点应力传递函数  29-30
    2.3.6 S-N曲线的选取  30-32
    2.3.7 谱分析计算的疲劳损伤和疲劳寿命  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章疲劳设计波法的原理  34-43
  3.1 概述  34
  3.2 设计波的概念和基本思想  34-35
  3.3 控制载荷参数  35-36
  3.4 设计波参数  36-38
    3.4.1 设计波的频率和浪向  37
    3.4.2 设计波的波幅  37
    3.4.3 各载荷成分的相位关系  37-38
  3.5 设计波法的疲劳损伤和寿命  38-41
    3.5.1 设计波中的应力响应计算  38-39
    3.5.2 应力范围的长期分布  39-40
    3.5.3 疲劳损伤和疲劳寿命  40-41
  3.6 多控制载荷的设计波方法研究  41-42
  3.7 本章小结  42-43
第4章设计波法的实船计算  43-60
  4.1 概述  43
  4.2 设计波系统的确定  43-51
    4.2.1 控制载荷参数的选取  43-47
    4.2.2 确定设计波的频率和浪向  47
    4.2.3 控制载荷参数的长期分析  47
    4.2.4 确定设计波的波幅和相位  47-48
    4.2.5 设计波参数计算结果  48-51
  4.3 设计波作用下应力响应的分布  51
  4.4 计算各设计波疲劳损伤与疲劳寿命  51-52
  4.5 设计波损伤结果的拟合  52-53
  4.6 设计波应力范围结果的拟合  53-54
  4.7 比例系数的实船应用与检验  54-59
    4.7.1 实船谱分析疲劳计算结果  55
    4.7.2 实船设计波疲劳计算结果  55-56
    4.7.3 设计波与谱分析实船疲劳计算结果的比较  56-59
  4.8 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-66
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  66-67
致谢  67-68
附录A 各设计波计算得到的疲劳损伤与寿命结果  68-73

船舶结构疲劳强度评估的设计波法

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