计及波激振动的船体结构疲劳累计损伤计算方法研究

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随着现代建造技术的提升,船舶使用寿命逐渐延长,结构的疲劳问题日趋严重。谱疲劳分析方法由于具有能考虑寿命周期内所有海况的特点,被广泛应用于船舶与海洋工程结构物的疲劳寿命评估中。但谱分析方法需要对航行周期内各个海况进行分析,耗费大量算力;另一方面,随着船舶主尺度越来越大,以及随之而来高强钢的广泛应用,导致船舶刚度降低,一阶固有共振频率进一步下降,波激振动现象日益显著,而波激振动能诱使船舶结构中产生大量高频应力循环,加剧疲劳损伤,影响疲劳寿命的评估。因此本文借助设计波思想,提出了一种计入波激振动效应的影响的疲劳累积损伤计算方法,并通过试验和数值计算验证其有效性。本文的主要研究内容如下:(1)以一艘260m集装箱船为研究对象,分别获取该集装箱船六个热点的热点应力响应幅值算子,并结合航行区域海况特点进行波浪载荷的长短期预报,并在此基础上通过谱分析方法获取其疲劳累积损伤;计算低频波浪弯矩成分及合成波浪弯矩成分,讨论了波激振动效应对船中波浪弯矩的影响以及其在疲劳累计损伤的贡献占比。(2)进行弹性分段模型的水池试验,并且采用了一种基于模态振型的分段划分方式;通过试验所测得结果分析,该分段划分方式可行,为模型试验提供一个新的思路;并讨论了试验测量结果与理论预报之间的差异以及波激振动响应特点。(3)基于设计波思想,提出了一种计及波激振动效应的疲劳累计损伤计算方法;根据其它波浪参数(浪向角及波浪频率)对结果的相关性验证结果,将设计波频率直接设计为线性波激振动现象发生时对应频率,浪向角设置为顶浪,与试验保持一致,并将波激振动响应特点考虑至设计波幅的回归中;以选定热点为例,通过对比谱分析方法、设计波方法及试验测量转换而得疲劳累积损伤结果,讨论该方法的可靠性。
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