船舶典型螺栓连接结构疲劳性能研究

摘要

由于其体积小、连接刚度大和连接质量易于保证等优点,使得螺栓连接应用范围很广泛,目前,铁路、公路、航海、航天等部门均在使用螺栓连接。但螺栓疲劳断裂不易被发现也难于预防,故螺栓疲劳断裂引起的重大事故也时有发生,因此加强对螺栓疲劳性能研究十分必要。
　　本文是以某船型首部的2Cr13马氏体不锈钢螺栓连接结构件为研究对象,重点研究和计算船舶在不同运行状态(出水、入水)条件下结构件的受力情况。通过数值模拟与经典理论相结合的方法,参照相关标准和规范及相关海区的波浪特征,对结构件的连接螺栓进行了疲劳性能研究。并开展疲劳试验研究,验证了连接螺栓在服役期间在正常使用的情况下的可靠性。主要结论如下:
　　(1)预紧力矩为300N·m时,实际工况下连接螺栓承受的最大应力小于材料的许用应力,即螺栓强度满足要求。
　　(2)通过对该船型的结构件的受力分析,并参照材料的S-N曲线及方程、Goodman直线方程及大西洋北部波浪数据等,对该船型的结构件连接螺栓疲劳寿命进行估算。结果表明,该船型应用的2Cr13不锈钢螺栓完全可以满足设计寿命25年的要求。
　　(3)利用MSC.Patran和MSC.Fatigue软件对结构件连接螺栓进行了有限元模型的建立和计算,结合经典理论计算结果,验证了结构连接螺栓的强度和疲劳寿命能满足实际工况的需要。
　　(4)根据船舶螺栓连接结构件局部结构尺寸制作试验样件,进行了连接螺栓及结构件的疲劳性能测试。结合经典理论计算结果,验证了结构连接螺栓的强度和疲劳寿命能满足实际工况的需要。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 疲劳问题研究动态

1.3 螺栓疲劳的研究现状

1.4 选题的意义及主要研究内容

第2章 连接螺栓名义应力计算

2.1引言

2.2结构件受力分析

2.3 连接螺栓的强度校核

第3章 连接螺栓寿命估算

3.1 引言

3.2 确定S-N曲线

3.3 螺栓疲劳寿命估算

3.4 螺栓失效20%时螺栓疲劳寿命估算

第4章 连接螺栓疲劳性能模拟分析

4.1 引言

4.2 有限元思想

4.3 前后处理器MSC. PATRAN

4.4 MSC. FATIGUE有限元疲劳分析软件

4.5 连接螺栓建模及分析

4.6 连接螺栓疲劳寿命模拟分析

第5章 连接螺栓疲劳试验

5.1 引言

5.2 试验样品及设备

5.3试验样品安装夹具

5.4 外载荷作用位置及载荷范围

5.5 试验步骤

5.6 试验结果分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢