隨著船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物日漸趨于深�；�、大型化,以及高強(qiáng)鋼的廣泛使用,結(jié)構(gòu)的疲勞問題日益嚴(yán)重。理論成熟,能夠考慮波浪載荷的隨機(jī)性,計(jì)算用時較少的譜分析方法被廣泛應(yīng)用于船舶與海洋工程的疲勞分析中。而時域分析方法能計(jì)及砰擊、顫振等非線性效應(yīng),并能模擬得到船舶結(jié)構(gòu)在真實(shí)海況下的熱點(diǎn)應(yīng)力時間歷程,提高了結(jié)構(gòu)疲勞損傷計(jì)算的精度,但同時也降低了計(jì)算速度,難以計(jì)算所有海況。本文提出一種結(jié)合頻域與時域計(jì)算方法的考慮雨流計(jì)數(shù)的頻域疲勞譜分析計(jì)算方法,以提高疲勞損傷譜分析計(jì)算的精度,同時避免時域分析方法中耗費(fèi)較長的計(jì)算時間。本文的主要研究內(nèi)容有:（1）應(yīng)用頻域水動力計(jì)算及頻域有限元計(jì)算獲取船舶六個節(jié)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力響應(yīng)幅值算子,并根據(jù)海浪譜以及波浪散布圖獲取熱點(diǎn)應(yīng)力功率譜密度,應(yīng)用譜分析方法計(jì)算各熱點(diǎn)在全球波浪散布圖下的疲勞累積損傷值。通過對比各個海況下的累積損傷值,探討了不同海況對結(jié)構(gòu)疲勞損傷值的影響。根據(jù)計(jì)算結(jié)果的對比研究雨流修正系數(shù)等參數(shù)對譜分析疲勞損傷結(jié)果的影響。（2）通過時域計(jì)算方法獲取船舶在三個設(shè)定海況下的熱點(diǎn)應(yīng)力隨時間變化歷程,運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法及S-N曲線法計(jì)算各熱點(diǎn)的累積損傷值。開展了波浪載荷分... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

VFB平臺已修補(bǔ)的疲勞節(jié)點(diǎn)（右）及FEA應(yīng)力云圖（左）

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)有的實(shí)踐中，疲勞損傷計(jì)算一般基于譜分析方法，數(shù)值解以及時域分析方法。在實(shí)際工程中應(yīng)用何種方法主要依據(jù)獲取結(jié)構(gòu)應(yīng)力的形式以及耗時。當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力難以獲取或耗時較長時，一般采用譜分析方法進(jìn)行評估，如船舶結(jié)構(gòu)中，其應(yīng)力響應(yīng)時間歷程較難獲取。當(dāng)時間歷程計(jì)算較為方便時，一般采用時域計(jì)算方法；時域分析方法還能考慮疲勞分析過程中一些非線性行為，如由于系泊所產(chǎn)非線性影響等。1.2.1 頻域譜分析方法頻域譜分析方法的流程如圖 1-2 所示。該方法先根據(jù)船舶的水動力計(jì)算以及有限元計(jì)算獲取結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)的功率譜密度函數(shù)（PowerSpectralDensity,PSD），根據(jù)所選的分布形式確定結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布，選擇合適的 S-N 曲線計(jì)算該結(jié)構(gòu)的累積損傷值。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力的 PSD 通過水動力計(jì)算以及有限元計(jì)算得到的頻率響應(yīng)算子（RAO）與波浪譜結(jié)合獲取，而應(yīng)力范圍的分布則根據(jù)隨機(jī)過程的相關(guān)理論來完成。早期的研究是對應(yīng)力峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，假設(shè)某一個海況中交變應(yīng)力為零均值的理想窄帶隨機(jī)過程，那么其應(yīng)力峰值符合瑞利分布[10]，應(yīng)力每次跨零則出現(xiàn)一對峰谷值，此時的應(yīng)力范圍近似為應(yīng)力峰值的 2 倍，因此應(yīng)力范圍也服從瑞利分布。根據(jù)此特性，Bendat 及 Miles[11, 12]等人給出了疲勞損傷的解析解，但該解析解僅適用于理想窄帶的高斯過程。雖然船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)中所受的交變應(yīng)力過程往往是一個寬帶過程[13]，但在實(shí)際計(jì)算中為了方便，常常近似地采用瑞利分布模型，用一個標(biāo)準(zhǔn)差 σx和跨零率 f0與原過程相同的窄帶過程來近似替換原有的寬帶過程，如圖 1-3 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國鋼結(jié)構(gòu)疲勞研究領(lǐng)域的30年進(jìn)展[J]. 雷宏剛,付強(qiáng),劉曉娟.  建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào). 2010(S1)
[2]船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度校核研究現(xiàn)狀及我國的進(jìn)展[J]. 崔維成,蔡新剛,冷建興.  船舶力學(xué). 1998(04)

碩士論文
[1]疲勞裂紋擴(kuò)展速率的厚度效應(yīng)研究[D]. 董巖.武漢理工大學(xué) 2014
[2]江海直達(dá)船砰擊彎矩研究[D]. 劉正國.武漢理工大學(xué) 2013
[3]船舶波浪載荷水彈性分析及對疲勞強(qiáng)度影響[D]. 趙南.哈爾濱工程大學(xué) 2011



本文編號：3392343