V型开体式浮油收集船关键部件疲劳分析研究

摘要

随着海上石油运输量日益增长和海上石油开采业务的不断发展，海上溢油事故也不断发生，使得海洋环境蒙受重大损失。为此，世界各国的主要港口都有专用的浮油收集船用来应对突发的海上溢油事故。我国近几年也开始进行这方面的研究。作为一个海洋大国，浮油收集船的研究对我国海洋工程的发展和海洋环境保护具有极其深远的战略意义和现实的应用价值。该课题具有很强的工程背景，研究成果对V型浮油收集船铰接机构的设计和研究，对V型开体式浮油收集船的设计开发具有一定的实用价值，为我国海洋环境保护工程的发展提出了一个很有价值的研究方向。 V型开体浮油收集船是海洋浮油收集船中的一种经典船型，铰接机构是这种船型的关键部件。铰链机构的设计直接影响着两侧船体张开的角度，而这个角度决定着浮油收集船在工作过程中浮油收集效率的高低。同时，铰接机构的可靠性也直接影响着船舶航行的安全性，如果铰接机构发生损坏，两侧船体将会由于无法保持横稳性而发生倾覆，甚至沉没。对于海上浮式结构物，在波浪载荷下的疲劳损伤是最为常见的损坏形式。 本文根据V型开体式浮油收集船研究的任务需求，以V型船尾部铰接关键机构为具体研究对象，对V型船运动与铰接机构工况的关系进行了理论分析，得出不同方向的波浪对铰接机构受力状况的影响。在考虑变角度和变载荷影响下，用Marc有限元程序，建立铰接机构的有限元计算模型，并进行了铰接关键机构的接触有限元分析，得到在不同波浪载荷下，不同张开角度下铰接机构的应力分布情况，进而应用有限元分析计算结果，在MSC/Fatigue软件中结合S-N曲线和Miner线性累积损伤理论，对铰接机构的寿命进行了评估，对比分析了表面加工工艺对铰接机构疲劳寿命的影响，对比分析在河水、海水腐蚀性环境中，铰接机构疲劳寿命的缩短，并对影响铰接机构寿命的其它因素进行了深入分析。整个研究内容涵盖了V型开体式浮油收集船铰接关键机构的强度问题和疲劳问题，对V型开体式浮油收集船的力学问题进行了比较深入的分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1海洋油污染现状及危害

1.1.1海洋油污染的现状

1.1.2海洋溢油的危害

1.2浮油回收船介绍

1.3铰接机构研究现状

1.4接触问题研究现状

1.5疲劳问题研究现状

1.6有限元法在疲劳分析中的应用

1.7本论文的主要研究的内容

第2章 有限元接触及疲劳分析理论

2.1接触问题的数值算法

2.1.1直接迭代法

2.1.2数学规划法

2.1.3 Lagrange乘子法

2.1.4罚函数法

2.2 Marc软件介绍

2.3疲劳分析理论

2.3.1疲劳失效概述

2.3.2等幅交变应力作用下的疲劳寿命估算

2.3.3线性累积损伤理论

2.3.4影响疲劳极限的主要因素

2.4 MSC.Fatigue疲劳分析

2.5小结

第3章 V型开体船载荷及铰接机构

3.1 V型开体浮油收集船介绍

3.2 V型船的运动分析

3.2.1坐标系的选择

3.2.2 V型开体浮油收集船在规则波中的载荷

3.3 V型开体船波浪方向对铰接机构受力的影响

3.4小结

第4章 铰接机构有限元接触计算

4.1接触问题的描述方法

4.2有限元模型的建立

4.3波浪弯矩下铰接机构接触计算

4.3.1波浪弯矩载荷的计算和施加

4.3.2不同张开角度铰接机构强度计算

4.3.3不同垂向弯矩铰接机构强度计算

4.4波浪转矩下铰接机构接触计算

4.4.1波浪转矩载荷的计算和施加

4.4.2波浪转矩载荷下铰接机构强度计算

4.5小结

第5章 铰接机构疲劳计算

5.1 MSC.Fatigue软件框架及特点

5.2疲劳损伤累积模型

5.3铰接机构疲劳寿命分析

5.4影响铰接机构疲劳寿命的因素

5.4.1表面加工工艺不同对疲劳的影响

5.4.2腐蚀对铰接机构疲劳的影响

5.4.3其他影响铰接机构疲劳寿命的因素

5.5小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况