波浪冲击下船舶蒸汽管路的动态响应及裂纹扩展研究

作     者：李晨硕 刘凤杰 吴穷 LI Chenshuo;LIU Fengjie;WU Qiong

作者机构：中国船舶集团有限公司第七○三研究所黑龙江哈尔滨150078 

出 版 物：《热能动力工程》 (Journal of Engineering for Thermal Energy and Power)

年 卷 期：2024年第39卷第6期

页      面：191-198页

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主　　题：疲劳裂纹 波浪冲击 船舶管路 数值模拟 

摘      要：为了研究船舶面对波浪冲击问题时,蒸汽管路的的动态响应及其对管路裂纹扩展情况的影响,本文根据某型船舶典型蒸汽管段的结构特点进行有限元建模,分析了在45°,90°和180°航向角的海浪冲击下的蒸汽管段的应力响应和位移响应,确定了波浪冲击下船舶蒸汽管段结构的薄弱环节为应力集中区域,最终基于Paris公式计算出蒸汽管段运行期内裂纹尺寸的变化情况。结果表明:在45°,90°和180°航向角的海浪冲击下蒸汽管段的应力和位移响应分布规律相似,均出现在弯头部位,其中90°航向角y向冲击时管路有最大等效应力和位移,其值分别为174.84 MPa和15.19 mm,所有区域的Von-Mises应力值均未出现大于材料屈服极限值的情况;仅在90°航向角的纵向(y向)冲击下,管路的最大等效应力值(174.84 MPa)超过了裂纹扩展门槛值99.76 MPa,会导致管路的初始裂纹(10^(-5) mm)发生扩展,且运行20年时管道裂纹的长度值为1.85 mm。