基于全尺度模型实验的船舶典型节点疲劳评估方法研究

摘要

在船体结构疲劳强度校核中，作为船舶典型节点的纵骨与横舱壁连接节点是重点校核部位，而船体纵骨主要使用球扁钢，因此球扁钢焊接节点的疲劳评估应受到重点关注。传统的球扁钢焊接节点的疲劳评估是在等效 L型材的基础上实现的，然而通过实验发现实际的球扁钢焊接节点疲劳实验结果与按照等效L型材的评估结果并不一致，因此有必要对球扁钢焊接节点的疲劳评估方法作深入的研究。
　　本文中的球扁钢焊接节点是指纵骨（球扁钢）与横舱壁连接肘板的焊趾位置。文中主要通过模型实验和有限元分析相结合的方法对该节点的疲劳评估方法进行研究，主要对球扁钢等效方法、热点应力计算方法以及疲劳失效判据等方面进行了对比分析，最终提出了一种基于疲劳失效判据的热点应力计算方法。文中主要研究内容及结果如下：
　　1）通过1:1的纵骨（球扁钢）与横舱壁连接节点的模型疲劳实验，得到了真实的球扁钢焊接节点在双轴疲劳载荷下的疲劳寿命和疲劳裂纹萌生情况，研究了其热点应力在双轴载荷与单轴载荷下的关系，并拟合了 S-N曲线，指出了真实的实验结果与规范估算结果的差异。
　　2）对比了不同球扁钢等效方法下焊趾热点附近的应力分布情况和热点应力计算值的差异，分析了不同的球扁钢等效方法导致热点应力和疲劳寿命评估结果不同的原因，在此基础上提出热点应力与疲劳失效判据有直接关系，最终在传统方法的基础上提出了一种基于疲劳失效判据（疲劳失效时的临界疲劳裂纹长度）的热点应力计算方法。
　　3）通过纵骨（等效L型材）与横舱壁连接节点的疲劳实验，研究了等效L型材焊接节点与真实球扁钢焊接节点疲劳性能的差异。进一步探究了双轴载荷与单轴载荷下热点应力的相互关系，记录了试件从裂纹萌生到最后失效的整个过程，对比了结构真实失效判据与假定的失效判据的差异，同时验证了本文提出的热点应力计算方法的合理性。
　　4）在本文提出的基于疲劳失效判据的热点应力计算方法的基础上，提出了通过一个试件的疲劳实验结果拟合得到 S-N曲线的方法，通过 S-N曲线拟合方法对比及实验结果论证，验证了本文提出的热点应力计算方法的合理性，最后对比分析了利用本文提出方法与传统的热点应力计算方法评估船舶典型节点疲劳寿命的差异及原因。

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目录

第1章 绪论

1.1 背景及研究意义

1.2研究现状

1.3 研究内容及方法

第2章 纵骨（球扁钢）与横舱壁连接节点疲劳实验

2.1 实验概况

2.2 实验内容

2.3 实验结果

2.4 本章小结

第3章 纵骨焊接节点的热点应力分析

3.1 热点应力

3.2 纵骨焊趾的热点应力分析

3.3 本章小结

第4章 等效L型材与横舱壁连接节点疲劳实验

4.1 实验概况

4.2 实验内容

4.3 实验结果

4.3 本章小结

第5章 热点应力S-N曲线

5.1 S-N曲线拟合方法

5.2 实验数据S-N曲线拟合

5.3 疲劳评估方法对比

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1论文总结

6.2论文创新点

6.3研究展望

致谢

参考文献