江海联运散货船的疲劳强度评估分析

摘要

船舶与海洋工程结构物的破坏有很多种因素,疲劳是主要因素之一。目前,各国船级社、设计院所、所采用的疲劳强度评估方法主要是基于S-N曲线和线性累积疲劳损伤的方法,即CFD(CumulativeFatigueDamage)法。由于近几年船舶行业的蓬勃发展,很多民营的设计院大量出现,对疲劳的认知不够。CFD法存在一些不足,很多因素没有考虑,如载荷次序效应、初始缺陷等,疲劳分析结果分散度比较大,且疲劳评定结果难以用实际的检测手段进行检验,很难给船厂有实际的指导。
　　很多疲劳结构研究的学者开始研究疲劳裂纹扩展理论FCP(FatigueCrackPropagation),并且意识到它的重要性。用FCP方法对于载荷顺序作用的影响可以做出相应的解释,对疲劳失效的初始和最终状态可以准确定义,同时评估结果可用用实际的检测手段进行检验和检测,给船厂可以有实际的指导。
　　本文分别探讨了基于S-N曲线和Miner线性累积损伤原则的疲劳累积损伤方法和基于裂纹扩展理论的疲劳寿命计算方法,并采用上述方法对江海联运散货船典型节点进行了疲劳强度分析,主要内容包括:
　　(1)对基于S-N曲线和Miner线性累积损伤原则的船舶结构疲劳强度校核基本方法和流程进行了概述。
　　(2)根据典型焊接结构表面裂纹应力强度因子计算方法并结合裂纹扩展率模型,探讨了基于裂纹扩展理论的疲劳寿命计算方法。
　　(3)针对28000DWT江海联运散货船的结构布置特点,根据CCS的《船体结构疲劳强度指南》对该船疲劳强度校核热点部位-船舶货舱区域进行了应力分析,分别对该散货船舱口角隅角焊缝和舱口角隅自由边进行了疲劳强度校核。
　　(4)基于裂纹扩展理论,对散货船舱口角隅角焊缝焊趾表面裂纹和舱口角隅单边裂纹在随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展进行了评估。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究意义

1.3 船舶结构疲劳分析主要方法

1.4 本文的主要工作

2 基于船级社规范的疲劳强度评估方法简述

2.1 概述

2.2 疲劳破坏的特点

2.3 疲劳分析方法基本内容

2.4 S-N曲线选取

2.5 船体结构应力范围的Weibull分布

2.6 本章小结

3 基于裂纹扩展理论的疲劳寿命计算

3.1 概述

3.2 典型焊接结构焊趾表面裂纹缺陷应力强度因子

3.3疲劳裂纹扩展速率模型

3.4 本章小结

4 散货船的结构特点及易发生疲劳的部位

4.1 散货船的结构布置

4.2 散货船的疲劳强度校核的部位

4.3 本章小结

5 28000DWT江海联运散货船疲劳强度分析

5.1 评估依据

5.2 船体结构布置

5.3 结构有限元模型

5.4 载荷工况

5.5 热点应力结果及疲劳强度评估

5.6 本章小结

6 江海联运散货船典型节点疲劳裂纹扩展预报

6.1概述

6.2 疲劳裂纹扩展计算流程

6.3 疲劳载荷

6.4疲劳裂纹扩展预报方法

6.5 预报结果分析

6.6本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 研究展望

参 考 文 献

致谢

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