隨著船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物日漸趨于深�；⒋笮突�,以及高強鋼的廣泛使用,結(jié)構(gòu)的疲勞問題日益嚴重。理論成熟,能夠考慮波浪載荷的隨機性,計算用時較少的譜分析方法被廣泛應用于船舶與海洋工程的疲勞分析中。而時域分析方法能計及砰擊、顫振等非線性效應,并能模擬得到船舶結(jié)構(gòu)在真實海況下的熱點應力時間歷程,提高了結(jié)構(gòu)疲勞損傷計算的精度,但同時也降低了計算速度,難以計算所有海況。本文提出一種結(jié)合頻域與時域計算方法的考慮雨流計數(shù)的頻域疲勞譜分析計算方法,以提高疲勞損傷譜分析計算的精度,同時避免時域分析方法中耗費較長的計算時間。本文的主要研究內(nèi)容有:（1）應用頻域水動力計算及頻域有限元計算獲取船舶六個節(jié)點的熱點應力響應幅值算子,并根據(jù)海浪譜以及波浪散布圖獲取熱點應力功率譜密度,應用譜分析方法計算各熱點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）通過時域計算方法獲取船舶在三個設定海況下的熱點應力隨時間變化歷程,運用雨流計數(shù)法及S-N曲線法計算各熱點的累積損傷值。開展了波浪載荷分... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

VFB平臺已修補的疲勞節(jié)點（右）及FEA應力云圖（左）

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)有的實踐中，疲勞損傷計算一般基于譜分析方法，數(shù)值解以及時域分析方法。在實際工程中應用何種方法主要依據(jù)獲取結(jié)構(gòu)應力的形式以及耗時。當結(jié)構(gòu)應力難以獲取或耗時較長時，一般采用譜分析方法進行評估，如船舶結(jié)構(gòu)中，其應力響應時間歷程較難獲取。當時間歷程計算較為方便時，一般采用時域計算方法；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)船舶的水動力計算以及有限元計算獲取結(jié)構(gòu)應力響應的功率譜密度函數(shù)（PowerSpectralDensity,PSD），根據(jù)所選的分布形式確定結(jié)構(gòu)應力的分布，選擇合適的 S-N 曲線計算該結(jié)構(gòu)的累積損傷值。

結(jié)構(gòu)應力的 PSD 通過水動力計算以及有限元計算得到的頻率響應算子（RAO）與波浪譜結(jié)合獲取，而應力范圍的分布則根據(jù)隨機過程的相關理論來完成。早期的研究是對應力峰值進行統(tǒng)計的，假設某一個海況中交變應力為零均值的理想窄帶隨機過程，那么其應力峰值符合瑞利分布[10]，應力每次跨零則出現(xiàn)一對峰谷值，此時的應力范圍近似為應力峰值的 2 倍，因此應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)中所受的交變應力過程往往是一個寬帶過程[13]，但在實際計算中為了方便，常常近似地采用瑞利分布模型，用一個標準差 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】：
期刊論文
[1]中國鋼結(jié)構(gòu)疲勞研究領域的30年進展[J]. 雷宏剛,付強,劉曉娟.  建筑結(jié)構(gòu)學報. 2010(S1)
[2]船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度校核研究現(xiàn)狀及我國的進展[J]. 崔維成,蔡新剛,冷建興.  船舶力學. 1998(04)

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



本文編號：3392343