冰区船舶结构疲劳强度分析方法研究

作     者：戴泽宇 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁奎霖

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：冰区船舶 船-冰碰撞 疲劳强度分析 谱分析法 瑞利分离法 

摘      要：近年来,随着全球变暖趋势的加剧,极区海冰的迅速消融为冰区船舶在极地海域的航行活动提供了便利,极地渔业随之兴起以应对海洋渔业资源逐步衰退的局面。冰区船舶长期在极区海域作业,不仅遭受恶劣的波浪海况,还在所难免地会与航道内的碎冰发生碰撞,这些极易引起船体结构的疲劳破坏。由于南极地区缺乏光照、温度极低以及受大风影响等因素,一旦船舶发生结构破坏,泄漏产生的污染将难以清除。因此,冰区船舶结构的疲劳强度评估问题变得非常重要。本文以某南极磷虾捕捞船为研究对象,分别研究了波浪载荷和船-冰碰撞冰载荷作用下冰区船舶疲劳损伤评估方法,从而对整个设计寿命周期内关键节点的疲劳寿命进行预报,研究结果可为冰区船舶结构的抗疲劳设计与结构优化提供参考。本文的主要工作内容如下:1.简述了波浪载荷作用下船体结构疲劳强度分析的具体流程,介绍了谱分析法的基本原理并推导了疲劳损伤度的计算表达式。2.建立全船有限元模型,结合CCS疲劳强度规范以及结构应力分析结果,在船肩部位筛选疲劳热点,通过三维势流理论计算规则波作用下的波浪载荷与船体运动并传递到全船结构模型上,提取热点处不同波浪频率和浪向的应力传递函数,基于S-N曲线和线性疲劳累积损伤准则对波浪海况下典型部位疲劳损伤进行评估。3.建立了船艏与碎冰碰撞数值模拟模型,得到多种工况下冰载荷和船体结构应力响应的时程曲线,通过与国内外发表的冰载荷实测结果以及模型试验结果进行对比,验证了仿真结果的有效性。运用瑞利分离法对各个工况下的热点应力时程曲线进行计数统计,根据疲劳累积损伤度表达式对冰载荷作用下的典型节点疲劳损伤进行评估。4.根据疲劳工况将波浪载荷和冰载荷作用下的疲劳损伤度进行加权计算,对典型节点在整个设计寿命周期内的疲劳强度展开校核。