晃荡载荷作用下大型LNG船泵塔结构疲劳寿命分析方法研究

论文摘要

对于LNG、LPG等特殊用途船舶和超大油轮,由舱内液体晃荡载荷的作用,引起的内部构件强度和疲劳等问题非常重要。本文以某型LNG船内部装卸货装置—泵塔结构为分析研究对象,建立了泵塔结构分析的计算模型,采用动态载荷方法计算波浪载荷,并根据晃荡和船舶自身运动选取对晃荡运动影响最严重工况,总结了适合泵塔结构疲劳强度分析方法。本文的主要研究工作内容包括:1)采用动态载荷方法分析船舶耐波性,根据选择的装载工况进行长期预报,得出船舶在波浪载荷下的运动幅值及频率。2)根据船体舱室自身运动固有周期和船体的运动周期,研究了对晃荡运动影响最严重的船舶运动工况选取原则。3)应用二维晃荡程序计算分析流体晃荡运动所产生的速度与加速度,并基于Morison公式计算泵塔晃荡载荷,筛选出最危险晃荡载荷。4)采用线性累计损伤理论的S-N曲线法对泵塔管节点的疲劳寿命和可靠性进行分析,得到泵塔结构中疲劳最危险的管节点,研究了不同装载水平对泵塔疲劳损伤的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 液舱晃荡研究的基本方法
• 1.2.1 液舱晃荡特点
• 1.2.2 晃荡问题的数值分析方法
• 1.2.3 液舱晃荡实验
• 1.3 管节点疲劳强度研究现状
• 1.3.1 管节点应力集中系数
• 1.3.2 疲劳分析方法
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 LNG船耐波性及危险晃荡区域分析
• 2.1 船体耐波性分析
• 2.2 液舱运动周期
• 2.3 危险晃荡区域选取
• 2.4 本章小结
• 第三章 泵塔晃荡载荷计算及结构分析
• 3.1 泵塔晃荡载荷计算
• 3.2 泵塔有限元模型
• 3.3 边界条件
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于S-N曲线法的泵塔疲劳寿命分析
• 4.1 疲劳累积损伤模型
• 4.1.1 离散型载荷谱作用下的疲劳累积损伤度
• 4.1.2 分段连续载荷谱作用下的疲劳累积损伤度
• 4.1.3 连续型载荷谱作用下的疲劳累积损伤度
• 4.2 热点应力方法
• 4.2.1 应力集中系数的概念
• 4.2.2 管节点应力集中现象的原因
• 4.2.3 管节点的分类
• 4.2.4 管节点所受外力定义
• 4.3 泵塔管节点热点应力分析
• 4.3.1 API应力集中系数经验公式
• 4.3.2 热点应力计算
• 4.4 泵塔管节点疲劳寿命
• 4.4.1 疲劳损伤度计算公式
• 4.4.2 疲劳寿命计算结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 泵塔结构疲劳可靠性分析
• 5.1 概述
• 5.2 疲劳寿命可靠性预测的方法
• 5.2.1 疲劳寿命的随机性质
• 5.2.2 极限状态方程
• 5.2.3 疲劳寿命的可靠度
• 5.3 泵塔管节点疲劳可靠性分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录 泵塔结构变形图
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文目录