减摇鳍结构强度设计准则探讨.pdf

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1、减摇鳍结构强度设计准则探讨刘少卿，韦彬，任明其(中国船舶重工集团公司第704研究所，上海200031)摘要：讨论三类失效准则和两类安全系数选取方法．以减摇鳍鳍轴为例，在分析其载荷特点的基础上，结合国内外相关标准，就强度设计准则进行探讨，并建立了一个基于设计经验的强度准则以作参考．关键词：失效准则；安全系数；减摇鳍；强度设计准则中图分类号：U664．7+2文献标识码：A文章编号：1005-8354(2010)04-0036-05DiscussionontheStructuralStrengthDesignCriterionofF

2、inStabilizerLIUShao—qing，WEIBin，RENMing—qi(No．704ResearchInstitute，CSIC，Shanghai200031，China)Abstract：Threekindsoffailurecriteriaandsomeselectionmethodsofsafetyfactorwerediscussedinthispa—per．Consideringrelatedspecificationsandloadingcharacteristics，thestrengthdesig

3、ncriterionoffnsh舻wasinvestigated，andareferencedcriterionwasproposedonthebasisofdesignexperience．Keywords：failurecriteria；safetyfactor；finstabilizer；strengthdesigncriterion0引言船舶在海上航行，由于风浪的作用，会产生横摇、纵摇、升沉等运动，对船舶的适航性、人员的舒适性、设备的安全性影响很大，而减摇鳍就是以减小船舶摇晃为目的的特种装置⋯．在满足给定技术指标的前提

4、下，国内一些型号的减摇鳍装置与国外同类型先进产品相比结构重量偏大，影响了产品的经济性和部分整体性能．在减摇鳍结构优化设计环节中，涉及到结构强度及其安全系数的约束条件确定，而此系数选取的合理性直接影响到优化结果和产品结构重量．为此，本文针对减摇鳍装置的特点，讨论了现有的应力准则、临界面准则、能量准则三类多轴失效准则以及经验设计与可靠性设计两种安全系数确定方法，结合国内外相关标准文献，探讨了减摇鳍结构的强度设计准则，并参照船级社规范中对舵杆的规定，针对鳍轴，建立了一个基于设计经验的强度准则以作为减摇鳍结构设计参考．1鳍轴载荷特点鳍

5、在海水中的受力类似机翼，在以一定速度和一定的攻角前进时，受到与前进方向相反的迎面阻力和与前进方向垂直的升力作用．随着船体的摇摆，减摇鳍装置不断改变鳍的攻角以实现减摇．由于升力和阻力的等效作用点偏离鳍轴轴线，在实现鳍的转动时存在阻碍力矩¨-．鳍轴将鳍在流体中受到的力传递给船体，并实现鳍的转动．在正常工作时，鳍轴所受的载荷主要包括：升力和阻力的合力、转鳍时的转鳍力矩、鳍轴和鳍的重力、外伸结构的浮力、鳍轴转动时轴承和密封等的机械摩擦力矩旧1．由于船舶的横摇是近似周期性的，因此可以将鳍轴的工况视为周期性的往复转动，其失效形式为弯扭综合

6、作用下的多轴高周疲劳失效．在忽略重力和浮力的情况下，可视为对称循环；在零件尺寸较大，重力和浮力不能忽略的情况下则要考虑静水应力的影响．收稿Et期：2010-04-26作者简介：刘少卿(1986．)，男，在读硕士研究生．研究方向：结构优化设计．36第四期2010年技术篇2多轴高周疲劳失效准则多轴疲劳是指受两个或三个方向上的周期载荷作用下构件发生的疲劳失效，比如双轴拉压、弯扭组合、拉扭组合等．而所谓高周疲劳是指疲劳应力低于屈服极限，一般在弹性范围内，其疲劳寿命一般大于105—106次循环．目前，对于多轴高周疲劳强度准则的研究都是经

7、验或者半经验的公式，还没形成统一的普遍理论．常用的准则主要有如下三种类型H剖：1)应力准则．这类准则出现在早期的多轴高周疲劳研究中，工程应用最为广泛．Cough⋯通过对多种材料的圆棒试件进行弯扭比例加载实验，分别测定不同弯扭应力比下的疲劳极限，据此得出弯扭加载下，脆性材料失效适合采用最大拉应力理论(第一强度理论)，塑性材料失效适合采用最大剪切应力(第三强度理论)或者八面体剪应力理论(第四强度理论)，并提出了椭圆方程：塑性材料：f旦1+f三1：1、盯．t，、下一l／脆性材料：(景)．+(鲁-1)+(三)(2一等-1)+(丢)‘-

8、·其中矿。r。分别为弯曲应力和扭转应力的幅值，盯小下一。为材料对称弯曲和扭转时的疲劳强度．值得注意的是，上式对于∑=2的塑性材料即丁．1为Tresca准则，对于∑=怕的塑性材料即为VonMi-

9、r一1ties准则．Cough准则简单实用，但是其只考虑了应力幅值的影响．而实验结