海洋工程结构多轴疲劳寿命谱分析方法研究
海洋工程结构长期在恶劣海洋环境下服役，受到随机波浪载荷作用，平台结构会产生严重的疲劳损伤。另外，在平台实际服役过程中，由于局部焊接结构复杂的几何形状以及海洋环境载荷的复杂性，平台结构长处于多轴疲劳损伤状态。然而，目前工程上均采用单轴疲劳理论进行平台结构的疲劳寿命评估，导致评估结果往往出现较大的分散性。因此，研究平台结构的多轴疲劳损伤分析方法，建立能够应用于复杂海洋环境载荷下的海工结构多轴疲劳寿命评估方法，对于提高海洋工程结构的疲劳评估精度具有重要意义。 实际海洋工程结构多轴疲劳寿命评估的难点主要有以下三点：一是工程上常用的热点应力法难以获取疲劳评估点处的多轴应力状态，而且不能考虑板厚方向上应力梯度效应，尤其是当局部焊接结构形状复杂时，热点应力法不再方便适用于该处的多轴应力状态分析；二是针对焊接结构的多轴疲劳损伤机理研究仍然偏少，虽然规范上也提出了一些多轴疲劳损伤准则，但是评估精度仍然不足，尤其是针对非比例加载下的多轴疲劳寿命评估；三是目前工程上针对单轴疲劳提出的传统谱疲劳分析方法已不再适用于多轴疲劳寿命评估，需要建立新的海洋工程结构多轴疲劳寿命评估方法。 本文主要工作是利用零点结构应力法进行平台焊接结构疲劳关键区域的多轴应力状态的分析，通过建立实体壳体单元耦合的多轴疲劳寿命评估子模型计算焊接结构零点位置多轴应力状态；使用双参数临界面MWCM法作为多轴疲劳损伤准则，计算临界面上剪切应力范围作为多轴疲劳寿命控制参量，根据临界面上应力比来修正单轴疲劳设计曲线得到多轴疲劳S-N曲线；然后结合工程上广泛运用的谱分析方法来计算波浪载荷作用下焊接结构疲劳关键点临界面上剪切应力范围概率密度分布，再利用修正的多轴疲劳S-N曲线进行多轴疲劳损伤积分，建立针对海洋工程结构的多轴疲劳寿命谱分析方法。接着以某深水半潜式海洋平台为例，利用本文建立的多轴疲劳谱分析方法评估平台结构的多轴疲劳寿命，实现针对海洋工程结构的多轴疲劳寿命评估。最后基于本文提出的方法，使用C#编程开发了相应的自动化计算模块，并借助.Net平台开发完成海洋工程结构多轴疲劳寿命谱分析软件，初步实现对于海工结构多轴疲劳寿命的自动化评估。
海洋工程结构;多轴疲劳谱分析;零点结构应力;MWCM软件
大连理工大学
硕士
船舶与海洋结构物设计制造
刘刚;黄一
2020
中文
U671.8
2020-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）