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1、浮式生产储油轮全船结构疲劳校核与研究上海交通大学硕士学位论文浮式生产储油轮全船结构疲劳校核与研究姓名:胡志强申请学位级别:硕士专业:船舶与海洋结构物设计制造指导教师:顾永宁2001.1.1摘要浮式生产储油轮全船结构疲劳校核与研究:?,一●摘要船舶结构疲劳是导致海损事故的重要原因之一,在设计阶段对全船结构进行系统的疲劳强度校核是一个比较困难的工作,国际上始于年,国内迄今为止未见一例。浮式生产储油轮由于其特殊的结构和工作特点,疲劳强、/度要求比普通航行船只商。/本文以国内一艘在建为对象,运用现代疲劳强度理论与方法,对全船结构进行了系统的疲劳强度校核,对各
2、种典型结构热点的●疲劳校核方法、途径进行了实践、研究和讨论。’对进行全船疲劳校核的工作包括五个部分:波浪诱导载荷和运动的长期预报;船体纵骨节点疲劳校核;船体主要不连续构件节点疲劳校核;火炬塔结构疲劳校核和船艏结构疲劳校核。波浪诱导载荷和运动的长期预报是疲劳校核的基础工作,在工作海域的波浪散布图和船体三维湿表面模型的基础上,运用三维绕射理论进行波浪诱导载荷和运动的统计预报。在此基础上,对选定的校核区域进行了详细的疲劳强度校核。通过经验公式和有限元分析,运用应力插值和应力组合方法,采用疲劳累积损伤公式计算出的纵骨、主要不连续构件、船艏结构和火炬塔四类区域
3、中校核点的疲劳寿命,并逐一介绍了,。这四类区域承受疲劳载荷作用、抵抗疲劳损伤的特点、适用的校核方法和途径。关键词:浮式生产储油轮,结构疲劳,波浪诱黾载荷长期预报,热点应力摘要.,...,,.,?:?;;;?.?●,...【..,,.,.?:,,,绪论随着结构疲劳损伤导致的海损事故的时有发生,船体疲劳现象在近年来越来越受到普遍的重视和研究。结构复杂的大型船舶的分析计算和实践经验证明结构设计的成功与否与结构节点性能有直接关系。结构节点处裂纹的产生和扩展可能造成船舶的整体结构如货舱完整性破坏,从而导致昂贵的修理成本和由于停航而造成船舶营运收入的损失,甚至
4、造成人身生命和财产的损失。因此为了提高船舶结构安全性并减少维修成本,在设计阶段必须采用有效的分析方法,使船舶在整个营运服役期内的疲劳性能达到要求。但是船体疲劳现象的分析与计算是一项非常复杂且计算量巨大的工作,在船舶设计阶段就对结构进行疲劳寿命预报校核,只是在计算机和相应的应用软件不断发展的条件下才逐渐实现的。目前世界上一些主要的船级社已经在大量实验和研究的基础上,提出了典型构件连接形式的应力集中系数、广泛适用于疲劳校核的曲线和疲劳累积损伤计算公式,从而可以在船舶设计阶段进行结构疲劳校核。设计阶段疲劳校核的目的是确保承受交变载荷的船舶结构有足够的疲劳寿
5、命,并给结构设计提供详细的数据钢材的选择、结构尺寸的确定和局部细节的设计。国际上,设计中系统地进行疲劳校核始于年,因而是很新地设计概念,国内至今未见一例系统的设计阶段的疲劳分析。在对深海海域和浅海边际油田的开发中,原油的存储和运输一般采用铺设海底管线或浮式生产系统储油轮一缸。通常情况,采用浮式生产系统较铺设海底管线更具经济效益,因此的设计和相关的研究工作,成为目前海洋石油技术发展的热点之一。在我国沿海石油开发生产活动中,占有重要的地位。使得的结构疲劳校核与一般由于自身的结构特点和其特殊的工作状态。的船舶结构疲劳校核相比有其特殊性。主要表现在疲劳校核区
6、域较多、疲劳寿命的高要求等。本文是国内在建的一艘万吨级设计阶段结构疲劳校核的总结性文章,系统完整地介绍了结构疲劳校核的过程。校核主要包括五个部分:第一部分是疲劳校核的波浪诱导载荷和运动的长期统计预报;第二部分是船体纵骨结构疲劳校核;第三部分是主要不连续构件疲劳校核;第四部分是火炬塔结构疲劳校核;第五部分是船艏结构疲劳校核。作者实际参与了前三部分的工作,并主要负责进行了第四部分和第五部分的工作,并融入了一定的创新研究。本文介绍了疲劳分析的基本内容、方法和过程,包括疲劳校核区域的确定,波浪诱导载荷和运动长期统计预报,主要校核部位的疲劳计算原理、方法和过程
7、。波浪诱导载荷与运动的统计预报是疲劳校核的基础工作,疲劳校核中所使用的各种载荷都是通过波浪统计预报得出的,波浪诱导载荷与运动统计预报工作的正确对疲劳校核非常重要。在工作海域的波浪散布图和船体三维湿表面模型的基础上,运用三维绕射理论进行波浪诱导载荷与运动统计预报。预报的内容包括船体弯矩、水动压力和加速度。在波浪诱导载荷与运动统计预报的基础上,本文对的疲劳校核过程做了详细的介绍。包括疲劳校核所依据的主要理论??线性损伤累积理论,计算中使用的曲线,应力插值方法,应力组合过程,疲劳累积损伤计算公式,疲劳寿命求解公式等。利用以上疲劳校核方法,文中对的纵骨、主要
8、不连续构件、船艏结构和火炬塔四类校核区域进行了疲劳校核,逐一介绍了这四类区域结构承受疲劳载荷作用、抵抗疲劳损
