油船结构疲劳强度评估方法研究

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疲劳破坏是船舶与海洋工程结构的主要失效形式之一,疲劳强度问题也一直被船舶设计者和各大船级社所关注。本文主要对船舶结构疲劳强度评估方法和影响因素进行了研究,包括疲劳简化分析方法、谱疲劳分析方法、疲劳筛选方法,以及计算海况、船体梁弯矩和二次应力对疲劳寿命的影响等。在此基础上,进行了实船验证和对比分析。主要内容如下:
  1)阐述了船体疲劳分析的基本原理,包括S-N曲线、Miner线性损伤理论、Weibull分布和累计损伤的计算。对CCS、CSR、HCSR规范的疲劳简化分析方法进行了研究,从船体梁载荷、货物和海水压力、船体梁应力、船舶运动加速度、板架和纵骨的弯曲应力、参考应力和平均应力的确定、腐蚀余量、S-N曲线和疲劳评估衡准等方面,对CCS(2018)、CSR和HCSR规范进行了详细的论述。对疲劳强度评估的谱分析方法进行了研究,论述了船舶疲劳谱分析方法的基本思想和评估流程。
  2)分别依据CCS(2018)、CSR和HCSR规范中的简化分析方法及疲劳评估的谱分析法,对某27000t油船的纵骨和横框架相交处进行了疲劳强度评估,并将计算结果做对比分析,研究各规范和算法间的差异。最后给出了结构优化方案,船舶设计中可优先采用规范中应力集中系数较小的节点设计或规范中规定的可免除疲劳强度评估的节点形式,以提高疲劳寿命和疲劳强度评估效率。
  3)为了进一步提高疲劳强度评估效率,对疲劳筛选方法进行了研究,分析了该方法的必要性,阐述了运用其进行疲劳强度评估的过程,并给出了实船算例。总结并提出了如下三个提高疲劳寿命或疲劳强度评估效率的措施:采用规范中应力集中系数较小的典型抗疲劳节点;采用规范中规定的可免除疲劳强度评估的节点形式;基于疲劳筛选给出疲劳校核节点。
  4)探讨了计算海况、船体梁弯矩和二次应力对纵骨疲劳寿命的影响,分析规范中选取的北大西洋海况下评估结果是否存在余量,进行了船体梁弯矩的对比研究,并分析了二次应力对疲劳强度的影响程度。
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