【摘要】：疲勞損傷是船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一。隨著人們對(duì)石油和天然氣等海洋油氣資源的需求日益增大,海洋核電平臺(tái)受到了人們的關(guān)注。海洋核電平臺(tái)作為小型核反應(yīng)堆和船舶工程的有機(jī)結(jié)合體,本身不搭載任何動(dòng)力系統(tǒng),在其作業(yè)使用時(shí)由其他船只拖航至工作地點(diǎn),為海上天然氣、石油勘探平臺(tái)提供電力、熱力和淡水資源。核電平臺(tái)的疲勞評(píng)估與常規(guī)船舶在波浪載荷、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)疲勞壽命、安全性要求等都有所不同,本文研究了海洋核電平臺(tái)的疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法和典型節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì),主要內(nèi)容如下:1)使用CCS規(guī)范簡(jiǎn)化計(jì)算法對(duì)海洋核電平臺(tái)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)估。闡述了規(guī)范中關(guān)于疲勞評(píng)估簡(jiǎn)化計(jì)算的基本原理,詳細(xì)地介紹了簡(jiǎn)化計(jì)算的內(nèi)容和步驟,包括疲勞載荷的計(jì)算、簡(jiǎn)化應(yīng)力的分析、S-N曲線的選取、疲勞累計(jì)損傷度以及疲勞壽命的計(jì)算。選取船中和首尾1/4處三個(gè)典型剖面,對(duì)剖面上的縱骨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞評(píng)估,并根據(jù)疲勞簡(jiǎn)化計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行具體分析。2)結(jié)合海洋核電平臺(tái)自身的特點(diǎn)以及譜分析法的基本原理和分析流程,提出一套適用于海洋核電平臺(tái)疲勞譜分析評(píng)估的方法。詳細(xì)地論述了譜分析法的原理,包括應(yīng)力響應(yīng)的傳遞函數(shù)、應(yīng)力的響應(yīng)譜、應(yīng)力范圍的短期分布、應(yīng)力范圍的長(zhǎng)期分布以及疲勞累積損傷的計(jì)算。結(jié)合海洋核電平臺(tái)的特點(diǎn),對(duì)具體操作問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明,如有限元建模及有限元細(xì)化原則、腐蝕余量的考慮、波浪載荷的計(jì)算、熱點(diǎn)位置的選取、PCL自動(dòng)加載技術(shù)、熱點(diǎn)應(yīng)力插值的計(jì)算以及應(yīng)力的提取等,從而形成了基于譜分析法的海洋核電平臺(tái)疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法。3)結(jié)合海洋核電平臺(tái)自身結(jié)構(gòu)的特性,針對(duì)單點(diǎn)系泊工作狀態(tài)以及拖船拖航狀態(tài)采用首向浪向不等概率分布和全浪向等概率分布兩套不同的波浪載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度分析。根據(jù)譜分析的計(jì)算結(jié)果,分別得出各浪向所造成的疲勞損傷度,從各浪向所貢獻(xiàn)的疲勞損傷度占比、海況資料、熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)位置、是否滿足設(shè)計(jì)疲勞壽命的角度進(jìn)行具體分析。4)闡述了尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及拓?fù)鋬?yōu)化三種優(yōu)化方法的基本原理和操作流程。結(jié)合海洋核電平臺(tái)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和譜分析法疲勞損傷度的計(jì)算結(jié)果,選取部分典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)方案,有效地降低節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平,驗(yàn)證優(yōu)化方法的可行性和合理性,提高了節(jié)點(diǎn)的抗疲勞能力,可以為海洋核電平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM623;U674.38
【圖文】：

的幅值系數(shù)，可按下式（２－２９）、（２－３０）、（２－３１）計(jì)算；為Ｈ１和Ｈ２工況所對(duì)應(yīng)的逡逑沿船體縱向的相位系數(shù)，可按下表２．８取值；和Ｆ２工況所對(duì)應(yīng)的沿船體縱向逡逑的相位系數(shù)，可按下表２．９取值。；＾２的分布如圖２．１所示。逡逑？邋？邐ＩＺｙ邋￣ｈ邋Ａ．邋一邋１２５＾邋ｚ邋ｌ＾ｙｌ邐＾邋＼逡逑ＰＨＦ＝ｆＪｒｆｐＣｊ邐邐邐（－１—＋邋＾邋＋邋１）邐（２－２６）逡逑ｖ邋Ｌ邐ｄＬＣ，邋Ｂ，逡逑式中，對(duì)于工況ＨＩ、Ｈ２，系數(shù)／；，�。保担瑢�(duì)于工況ＦＩ、Ｆ２，系數(shù)久�。玻�；馬為所逡逑選取橫剖面水線位置對(duì)應(yīng)的船寬；Ｚ的取值不應(yīng)大于＜ａ；邋／Ｉ為波長(zhǎng)；Ｘ，，逡逑＾為計(jì)算點(diǎn)的坐標(biāo)值。逡逑‘＝１邋＋旱（１－＾１）＾－0．５邋當(dāng)邋０＿０＜ｘ／Ｋ０．５邋時(shí)邐（２－２７）逡逑＾＝ｌ邋＋邋Ａ（３＿ｔｅｌ）￡－0．５邐當(dāng)邋０．５＜ｘ／Ｌ＜１．０邋時(shí)邐（２－２８）逡逑Ｕ＝ｌ邋＋邋（３．５－２邐當(dāng)邋０＜ｘ／Ｌ＜０．２時(shí)邐（２－２９）逡逑ａ邋Ｂｔ邋Ｌ逡逑１＝１．０邐當(dāng)邋０．２Ｓｘ／Ｌ＜０．９時(shí)邐（２－３０）逡逑１邋＋邋１５（１－０．９）邐當(dāng)邋０．９ＳＸ／ＬＳ１．０邋時(shí)邐（２－３１）逡逑Ｂｉ邋Ｌ逡逑１５逡逑

第２章疲勞強(qiáng)度評(píng)估簡(jiǎn)化方法逡逑對(duì)于工況ＲＩＰ、Ｒ２Ｐ、Ｒ１Ｓ以及Ｒ２Ｓ，水線下外板上任意某點(diǎn)的水動(dòng)壓力計(jì)算逡逑公式如下表２．１０所不。壓力分布由圖２．２所ｔｋ。逡逑表２．１０載荷工況Ｒ１Ｐ、Ｒ２Ｐ、Ｒ１Ｓ和Ｒ２Ｓ的水動(dòng)壓力逡逑載荷工況邐水動(dòng)壓力（ｋＮ／ｍ２）逡逑邐ＲＩＰ邐Ｐｍｐ＝ＰＲＰ邐逡逑邐Ｒ２Ｐ邐Ｐｒ２ｐ＝－Ｐｒｐ邐逡逑邐Ｒ１Ｓ邐Ｐｍｓ＝ＰＲＳ邐逡逑邐Ｒ２Ｓ邐Ｐｒ２Ｓ＝－Ｐｒｓ邐逡逑表中，４、４可按下式（２－３２）、（２－３３）所示：逡逑ＰＲＰ邋＝邋１０邋ｊ邋ｓｉｎ邋＾邋＋邋0．８８／ｒｆＰＣ邋１＾＾邋ｆ邋＾邋＋邋０邐（２－３２）逡逑ｖ邐Ｌ邐＼邋Ｂ邋）逡逑＾邋＝邋－１ｓｉｎ邋＾邋＋邋0Ｍｆｒ／Ｐｃ邋［＾ｆ＾｜邋＾邋＋１］邐（２－３３）逡逑Ｖ邐Ｌ邐、Ｂ邋Ｊ逡逑式中，０為最大橫搖角；；ｌ為波長(zhǎng)，可按下式（２－３４）進(jìn)行計(jì)算；７＾為橫搖的遭遇逡逑周期。逡逑入＝邐（２－３４）逡逑Ｉｎ逡逑左眩邐叐邐右舷左ｉｓ邐｜邐右舷逡逑ｉｆ，：逡逑圖２．２船中位置處水動(dòng)壓力和＆的分布示意圖逡逑對(duì)于工況Ｐ１Ｐ、Ｐ２Ｐ、Ｐ１Ｓ和Ｐ２Ｓ，船體外板水線下任意某點(diǎn)的水動(dòng)壓力化見(jiàn)表２．１１。逡逑壓力分布由圖２．３所示。逡逑表２．１１載荷工況Ｐ１Ｐ、Ｐ２Ｐ、Ｐ１Ｓ和Ｐ２Ｓ的水動(dòng)壓力逡逑載荷工況邐水動(dòng)壓力（ｋＮ／ｍ２）逡逑邐ＰＩＰ邐ＰｎＰ＝邋Ｐｐｐ邐逡逑Ｐ２Ｐ邐Ｐｐ２ｐ＝￣Ｐｐｐ逡逑邐Ｐ＇Ｓ邐邐ｐｎｓ＝邋Ｐｐｓ

第２章疲勞強(qiáng)度評(píng)估簡(jiǎn)化方法逡逑對(duì)于工況ＲＩＰ、Ｒ２Ｐ、Ｒ１Ｓ以及Ｒ２Ｓ，水線下外板上任意某點(diǎn)的水動(dòng)壓力計(jì)算逡逑公式如下表２．１０所不。壓力分布由圖２．２所ｔｋ。逡逑表２．１０載荷工況Ｒ１Ｐ、Ｒ２Ｐ、Ｒ１Ｓ和Ｒ２Ｓ的水動(dòng)壓力逡逑載荷工況邐水動(dòng)壓力（ｋＮ／ｍ２）逡逑邐ＲＩＰ邐Ｐｍｐ＝ＰＲＰ邐逡逑邐Ｒ２Ｐ邐Ｐｒ２ｐ＝－Ｐｒｐ邐逡逑邐Ｒ１Ｓ邐Ｐｍｓ＝ＰＲＳ邐逡逑邐Ｒ２Ｓ邐Ｐｒ２Ｓ＝－Ｐｒｓ邐逡逑表中，４、４可按下式（２－３２）、（２－３３）所示：逡逑ＰＲＰ邋＝邋１０邋ｊ邋ｓｉｎ邋＾邋＋邋0．８８／ｒｆＰＣ邋１＾＾邋ｆ邋＾邋＋邋０邐（２－３２）逡逑ｖ邐Ｌ邐＼邋Ｂ邋）逡逑＾邋＝邋－１ｓｉｎ邋＾邋＋邋0Ｍｆｒ／Ｐｃ邋［＾ｆ＾｜邋＾邋＋１］邐（２－３３）逡逑Ｖ邐Ｌ邐、Ｂ邋Ｊ逡逑式中，０為最大橫搖角；；ｌ為波長(zhǎng)，可按下式（２－３４）進(jìn)行計(jì)算；７＾為橫搖的遭遇逡逑周期。逡逑入＝邐（２－３４）逡逑Ｉｎ逡逑左眩邐叐邐右舷左ｉｓ邐｜邐右舷逡逑ｉｆ，：逡逑圖２．２船中位置處水動(dòng)壓力和＆的分布示意圖逡逑對(duì)于工況Ｐ１Ｐ、Ｐ２Ｐ、Ｐ１Ｓ和Ｐ２Ｓ，船體外板水線下任意某點(diǎn)的水動(dòng)壓力化見(jiàn)表２．１１。逡逑壓力分布由圖２．３所示。逡逑表２．１１載荷工況Ｐ１Ｐ、Ｐ２Ｐ、Ｐ１Ｓ和Ｐ２Ｓ的水動(dòng)壓力逡逑載荷工況邐水動(dòng)壓力（ｋＮ／ｍ２）逡逑邐ＰＩＰ邐ＰｎＰ＝邋Ｐｐｐ邐逡逑Ｐ２Ｐ邐Ｐｐ２ｐ＝￣Ｐｐｐ逡逑邐Ｐ＇Ｓ邐邐ｐｎｓ＝邋Ｐｐｓ

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本文編號(hào)：2787559