本文關鍵詞：全海深載人潛水器載人艙的疲勞可靠性研究　出處：《中國艦船研究院》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：載人艙是載人潛水器最重要的部件之一,研究它的疲勞性能具有十分重要的現(xiàn)實意義。目前海洋結構物的疲勞壽命預測方法不能評估不確定性因素對疲勞壽命的影響,本文將結合可靠性理論和裂紋擴展率模型,構建一個初步的載人艙的疲勞可靠性評估體系。本文的具體研究內容和貢獻主要包括以下幾個方面:(1)對當前金屬結構疲勞壽命評估方法的最新研究進展進行了歸納總結;對幾種常用的可靠性分析方法進行了詳細介紹和比較分析。(2)對全海深載人潛水器載人艙殼體的幾種備選材料綜合材料特性進行了比較分析,并對載人艙的使用環(huán)境、結構特點、載荷歷程的特點及其簡化描述方法進行了闡述。(3)對基于統(tǒng)一的疲勞壽命預報方法、考慮保載以及小裂紋效應的裂紋擴展率模型的可靠性進行了分析,并討論了各不確定性參數(shù)及不同的統(tǒng)計特征的影響。分析結果顯示,不確定性變量的標準差越小,可靠度指標越高,反之也成立。(4)對大深度載人潛水器載人艙的載荷歷程進行了數(shù)學描述。潛水器在作業(yè)深度的受載狀態(tài)是最大應力水平下的保載,載人艙的疲勞響應是保載-疲勞行為,和常規(guī)的疲勞、保載既有聯(lián)系又有區(qū)別。(5)使用有限元方法對有機玻璃(PMMA)觀察窗進行分析確定其熱點,結合PMMA的疲勞蠕變特性,根據(jù)損傷分離法提出了觀察窗的保載-疲勞可靠性計算方法。(6)建立了全海深載人潛水器載人艙的疲勞可靠性的評估體系,其具體內容分為耐壓殼體和觀察窗的疲勞可靠性兩個部分。在對耐壓殼體的疲勞可靠性進行分析時,可用有限元計算確定載人艙殼體上應力集中最為嚴重的位置,在該處對裂紋擴展進行模擬,計算相應的應力強度因子,進而基進行殼體的疲勞可靠性分析。本文綜合了斷裂力學及可靠性、有限元等理論,考慮了結構、材料、載荷、環(huán)境等多種因素的聯(lián)合作用,基于裂紋擴展率模型,對載人艙的疲勞可靠性評估方法進行了研究,為建立較完備的全海深載人潛水器載人艙的使用安全性評估理論體系奠定了基礎。
[Abstract]:The manned module is one of the most important parts of the manned submersible. It is of great practical significance to study the fatigue performance of the manned submersible. At present, the fatigue life prediction method of marine structures cannot evaluate the influence of uncertain factors on fatigue life. In this paper, a preliminary fatigue reliability evaluation system of manned cabin is built based on the theory of reliability and the rate of crack growth. The specific research contents and contributions of this paper include the following aspects: (1) the latest research progress of the fatigue life assessment method of metal structure is summarized, and several commonly used reliability analysis methods are introduced and compared in detail. (2) comparative analysis is made on the comprehensive material properties of several alternative materials for manned deep hull manned submersible. The use environment, structural characteristics, load history characteristics and simplified description methods of manned cabin are expounded. (3) the reliability of the model based on the unified fatigue life prediction method and the crack propagation rate model considering the effect of small load and small crack is analyzed, and the influence of uncertain parameters and different statistical characteristics is discussed. The results show that the smaller the standard deviation of the uncertain variables, the higher the reliability index, and vice versa. (4) a mathematical description of the load history of a manned submersible in a large depth manned submersible is carried out. The loading state of the submersible at the depth of operation is the maximum load level. The fatigue response of the manned cabin is the load fatigue behavior, which is related to the conventional fatigue and load bearing. (5) finite element method is used to analyze and observe the observation window of PMMA (PMMA). Combined with the fatigue creep characteristics of PMMA, a load fatigue reliability calculation method of observation window is put forward based on the damage separation method. (6) the fatigue reliability evaluation system of manned deep sea manned submersible has been established. Its specific contents can be divided into two parts: the pressure hull and the fatigue reliability of the observation window. Analysis on fatigue reliability of pressure hull, by finite element calculation to determine the manned cabin shell stress concentration is the most serious position in the simulation of crack propagation, the calculation of stress intensity factor, fatigue reliability analysis of shell and medium. In this paper, the reliability of fracture mechanics and finite element theory, combined with a variety of factors, structure, material and environment load considering the crack growth rate model based on fatigue reliability assessment method of manned capsule are studied, which lays a foundation for the use of safety class complete all manned deep sea manned submersible evaluation system.
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U674.941

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