船舶与海洋结构物的疲劳强度可靠性研究

作     者：周清婉 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于鹏垚;甄春博

授予年度：2022年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：动态疲劳可靠性 剩余强度 时变可靠性 谱分析法 等效应力 

摘      要：结构疲劳问题是保证船舶与海洋结构物安全性的关键。随着国家政策以及国际时局的变化,海洋工程以及航运事业逐渐重新焕发活力生机,更值得关注的是,船舶与海洋结构的安全性问题。近年来,对结构的安全问题考虑,不仅是保证结构强度小于许用应力,疲劳失效作为结构主要失效方式,也愈来愈受到关注。为此,本文针对船舶与海洋结构物的疲劳可靠性进行研究,总结解决问题的方法,主要工作内容如下:(1)首先,根据国内外不同行业对结构可靠性的现有文献,有针对性地总结了国内外学者在结构疲劳可靠性分析中所作的关键研究成果,对不同疲劳可靠性方法进行分类与整合并作了系统的介绍。对于内容的分类,其中包括结构疲劳可靠性方面的研究现状、疲劳可靠性分析方法、疲劳载荷模型以及疲劳强度模型。(2)基于船舶结构疲劳可靠性问题,介绍结构疲劳可靠性分析的基本理论,对涉及到的几个关键因素进行分步介绍与分析,包括强度的确定、以及可靠性分析方法的介绍、载荷的描述以及各种不确定因素对结构可靠性分析的影响。给出船舶与海洋结构整个寿命期的等效应力范围概念及其计算方法。针对船舶结构疲劳可靠性问题,提出了三种可靠性分析方法:疲劳强度的统计模型、剩余强度模型和时变可靠性分析方法。(3)讨论疲劳强度的概率统计模型,根据结构疲劳可靠性的应力-强度干涉理论建立极限状态方程。以3.3MW单柱式风机及70000DWT散货船两个计算实例,建立有限元模型,通过谱分析直接计算方法确定典型热点部位等效应力范围,分别进行结构可靠度及失效概率计算,给出热点部位的疲劳可靠性特征,并由此验证所提出疲劳强度的概率统计模型的可行性。(4)分析剩余强度模型方法,研究随时间变化的强度概率分布。分别讨论以及验证载荷为常幅以及变幅情况下,结合合适的剩余强度模型,对结构进行疲劳可靠性分析。对剩余强度模型方法进行分析研究,讨论不同材料模型之间的差别。以散货船为实例,分别讨论以及验证载荷为常幅以及变幅情况下,船舶结构的可靠性分析。(5)对时变可靠性方法进行详细描述。采用非时齐泊松分布来描述载荷的出现次数,给出结构疲劳时变可靠性分析的流程。运用散货船实例,结合时变可靠性方法进行演示,给出基于结构的疲劳时变可靠性分析方法。