复合压制固结钢丝绳索具的海浪冲击力学建模与疲劳寿命分析

摘要

钢丝绳索具是广泛运用于海洋工程中起柔性连接作用的有效工具之一，具有强度高、承载能力强、韧性好等优点，因此在海洋资源开采等领域广泛应用。由于生产力的状大，钢丝绳索具在提升、运输及承载中的地位日益上升，使用次数愈加的频繁，因此对索具各项力学性能的要求也逐渐提高，而传统的单一压接钢丝绳索具很难满足大型工程装备的需求。本课题研究的高强度复合型固结索具采用新型的钢套加铝合金套复合套管固结索具结构，突破了传统铝合金套固结方式索具最大抗拉强度1960Mpa的限制，同时针对海洋工程中存在的海浪环境，研究建立了高强度复合型固结索具所处环境的海浪模型、有限元力学分析模型、虚拟疲劳寿命分析模型以及动力学分析模型，对高强度复合型固结索具的力学性能、疲劳断裂特性、索具动力学特性等关键性能进行研究，主要内容如下所示：
　　1、基于SolidWorks平台建立钢丝绳索具三维实体模型，结合显示动力学分析方法对模型的压制成形过程进行仿真分析，并采用控制变量法改变索具接头中套管的壁厚尺寸，得出索具成形所需压制力、套管延伸率的变化规律。
　　2、联立ABAQUS与ANSYS有限元分析软件，首先利用ABAQUS有限元分析软件完成铝合金套索具和钢套索具的压制成形仿真分析，并以此结果作为条件在workbench中进行虚拟疲劳仿真计算，将两者的结果进行对比。
　　3、总结上述分析结果能够得出该索具不能满足大型海洋工程平台的需求，为此提出新型的钢套加铝合金套复合固结索具，将钢套与铝合金套并列放置，并采用显示动力学分析方法对索具成形过程中内部的应力分布进行仿真分析，并将分析结果作为前提条件，结合虚拟疲劳寿命分析方法分析其抗疲劳能力，通过仿真分析计算后得出索具在承受208kN的轴向拉力条件下其疲劳次数为2081次。
　　4、由于海洋领域恶劣的工作环境，海浪冲击的作用使得索具内部产生不断变化的应力，严重影响钢丝绳的使用寿命，因此采用基于数值模拟分析的方法，分别建立单双套钢丝绳索具及其海浪的有限元分析模型，分析单双套钢丝绳索具在海浪冲击作用下的抗疲劳能力，分别对索具施加208kN、229kN的轴向拉力，通过计算后得出复合套索具的疲劳寿命次数分别为1335次、680次，而单套索具的疲劳寿命次数均为0，达到疲劳破坏。
　　数均为0，达到疲劳破坏。

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题的来源与主要研究内容

第二章 钢丝绳索具结构特点及其仿真分析方法

2.1钢丝绳索具结构特点

2.2 有限元理论

2.3 弹塑性理论

2.4 非线性特性分析概述

2.5 应力应变理论

2.6 疲劳的基本理论

2.7 小结

第三章 单接头钢丝绳索具力学特性分析

3.1单套索具结构形式及其建模参数的确定

3.2 单套索具压制成形过程仿真分析

3.3单套索具结构优化设计及其仿真分析

3.4 单套索具疲劳特性分析

3.5 钢丝绳索具压接实验

3.6 本章小结

第四章 复合压接索具应力及疲劳寿命分析

4.1 复合压接索具模型及其参数的确定

4.2 复合压接索具应力分析

4.3 复合压接索具疲劳特性分析

4.4 本章小结

第五章 海浪冲击下钢丝绳索具疲劳寿命分析

5.1 海浪建模

5.2 单接头索具在海浪冲击下的疲劳寿命仿真分析与结果讨论

5.3 海浪冲击下复合接头钢丝绳索具疲劳特性对比分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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致谢