船舶轴系裂纹故障缓解初步研究

摘要

作为船舶动力系统的关键部件之一，轴系在恶劣的工作环境中会萌生多种类型的微观内部缺陷，产生疲劳问题，并逐渐演化成为宏观裂纹，很有可能发生断裂，直接影响到船舶的安全性。因此研究分析裂纹对轴系振动特性的影响，裂纹的断裂特性以及影响裂纹扩展速率的因素，对提高船舶的安全性和可靠性具有重要的意义。
　　本文采用有限元软件ANSYS研究了含裂纹平板和光轴的振动特性以及断裂特性，以及不同工况对光轴疲劳裂纹扩展速率的影响。主要的研究工作和成果如下：
　　（1）利用有限元软件ANSYS建立了二维穿透性裂纹平板的有限元仿真模型，分析了该模型的断裂特性。并研究探讨了有限元划分方式对计算结果的影响，为后面的研究工作奠定了基础。
　　（2）利用有限元软件ANSYS建立了含裂纹的三维平板有限元仿真模型，分析了该模型的断裂特性，为建立光轴裂纹模型提供了支持。
　　（3）利用有限元软件ANSYS建立了含裂纹光轴的有限元仿真模型，分析研究了含裂纹前后光轴的振动特性，得出了前四阶的固有频率，并研究了不同裂纹长度对光轴振动特性的影响。
　　（4）研究了含裂纹光轴的疲劳断裂特性，探讨了影响疲劳裂纹扩展速率的因素，得出了载荷和转速对含裂纹光轴疲劳裂纹扩展速率的影响规律，为船舶轴系故障缓解提供了理论基础。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 断裂力学的发展

1.3 疲劳裂纹简介

1.4 疲劳与断裂可靠性的相关理论

1.5 本文的研究来源

1.6 本文的研究内容

第2章 断裂力学基本理论

2.1 引言

2.2 裂纹的类型

2.3 裂纹尖端区域的应力分量和位移分量

2.4 应力强度因子的计算

2.5 断裂判据

2.6 疲劳裂纹扩展速率计算公式

2.7 影响疲劳裂纹扩展速率的几个因素

2.8 本章小结

第3章 有限单元法及ANSYS分析

3.1 有限单元法简介

3.2 ANSYS有限元软件

3.3 本章小结

第4章 含裂纹平板的断裂特性研究

4.1 引言

4.2 含裂纹的二维平板有限元模型

4.3 二维裂纹平板断裂特性研究

4.4 三维裂纹平板有限元模型

4.5 三维裂纹平板断裂特性研究

4.6 本章小结

第5章 轴系裂纹特性研究

5.1 引言

5.2 含裂纹的三维光轴有限元模型

5.3 三维裂纹光轴有限元模型的振动特性仿真分析

5.4 三维裂纹光轴的裂纹特性研究

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要工作内容及结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文