半潜式超大型浮式结构物连接体疲劳分析研究

摘要

随着我国陆地资源的不断减少，对海洋的开发迫在眉睫，近几年我国与南海周边国家关于岛屿主权的争端愈演愈烈，急需研发一种能常驻南海岛礁附近的，可供船只停靠、飞机停降的大型海上浮式平台。超大型半潜式浮式结构物由于结构尺寸十分巨大，不宜采用长条连续结构，应当采用多模块拼接方式。模块间通过连接器连接，保证了结构的连续，同时有利于缓解波浪引起的弯曲应力。
　　连接器的疲劳寿命对整个超大型半潜式浮式结构物的正常运营有着至关重要的影响，其使用寿命直接影响着超大型浮式结构物整体的寿命，因此对连接器疲劳寿命的研究十分重要。
　　首先，本文阐述了材料疲劳寿命的相关理论，根据超大型浮体连接器的材料特性，选用S-N曲线法进行疲劳寿命的计算理论依据。根据平均应力对疲劳强度的影响，选用GOODMAN法进行修正。
　　其次，根据水动力三维势流理论，采用水动力分析软件AQWA，基于时域分析方法模拟计算了超大型浮式结构物在系泊状态下的运动响应，得到各个位置的连接器静力载荷幅值以及载荷时间历程谱。得出，在45°环境载荷角度下连接器c6受力较大，且连接器y方向的载荷对连接器影响甚微。
　　然后，通过前期研究，选用三种连接器设计方案：一种刚性铰接方案和两种柔性铰接方案。选取了不同弹性模量的三种柔性柔性材料，通过不同的柔性材料与柔性连接方案的组合，总共组合出七种连接器方案作为研究对象。通过计算得到的连接器静力载荷，根据弹性体有限元接触理论，运用 MSC.PATRAN/NASTRAN进行各个连接器的静力分析，得到不同工况下的应力计算结果。发现将柔性材料放置于耳孔内壁这样设计方案对减少应力集中现象有着显著的效果。而刚性连接器和在尾端增设缓冲隔板的柔性连接器会在耳孔处发生应力集中。
　　最后，运用Miner线性累计损伤理论，根据材料的S-N循环寿命曲线、连接器应力计算结果以及连接器的载荷时间历程谱，采用疲劳寿命分析软件 MSC.Fatigue分别对这七种铰接式连接器进行疲劳寿命分析研究，对比出不同连接器、不同柔性材料对疲劳寿命的影响。得到，连接器耳孔处的应力集中会一定程度的影响到连接器的疲劳寿命，纯刚性铰接连接器的使用寿命比柔性连接器要短。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

第2章 疲劳基本理论

2.1 疲劳裂纹破坏机理

2.2结构疲劳破坏

2.3疲劳强度的主要影响因素

2.4 本章小结

第3章 基于时间历程的连接器载荷分析

3.1 水动力计算理论

3.2 超大型浮体介绍

3.3 连接器受力计算

3.4 本章小结

第4章 连接器静力强度分析

4.1 连接器介绍

4.2 三种柔性材料介绍

4.3 连接器有限元静力分析

4.4 本章小结

第5章 连接器疲劳寿命分析

5.1 疲劳分析软件MSC.Fatigue介绍

5.2 MSC.Fatigue的三种疲劳分析方法

5.3 连接器疲劳计算

5.4 疲劳寿命计算结果分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1主要研究工作及结论

6.2进一步研究工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢