深海立管渦激振動疲勞損傷預(yù)報方法研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文深海立管渦激振動疲勞損傷預(yù)報方法研究姓名：王一飛申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造指導(dǎo)教師：崔維成20080401上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要應(yīng)力比下有效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍fUe監(jiān)Nago正m為定值，本文假定似。忭lh是應(yīng)力比R的函數(shù)，從SchmidtandPads(1973)提出的AKⅣm的簡化模型、基于裂紋完全。閉合模型的嶇咒山實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及基于裂紋局部閉合模型的AKo噩m實(shí)驗(yàn)結(jié)果三方面入手深入探討

2、了A題行m與應(yīng)力比天之問的關(guān)系，得到了一個全新的結(jié)論。(7)改進(jìn)McEvily模型的提出——雖然McEvily模型已經(jīng)能夠解釋試驗(yàn)中觀察到的大部分疲勞現(xiàn)象，但是在具體應(yīng)用中還是遇到了不少困難。作者對McEvily模型進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)：一是將不同金屬材料對應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展率曲線的斜率視為變量，而不再是固定值；二是認(rèn)為吣蛐和宏觀裂紋張開應(yīng)力強(qiáng)度因子k腳對于不同的應(yīng)力比都是變量。并將改進(jìn)McEvily模型的預(yù)報結(jié)果與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)

3、證了改進(jìn)McEvily模型在解釋載荷比效應(yīng)時的適用性，為后續(xù)深海立管時域渦激振動疲勞壽命預(yù)報方法的提出奠定了理論基礎(chǔ)。(8)深海立管時域渦激振動疲勞壽命預(yù)報方法研究——由于深海立管渦激振動響應(yīng)時域預(yù)報方法還不成熟，作者通過產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法來模擬立管渦激振動時域載荷歷程，應(yīng)用(7)中提出的改進(jìn)McEvily模型來進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)報。同時，也進(jìn)行了不考慮載荷比效應(yīng)時的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)報作為比較，凸顯了時域渦激振動疲勞壽命預(yù)報時合理考

4、慮載荷比效應(yīng)的必要性。(9)總結(jié)與展望——總結(jié)全文工作，同時展望未來該領(lǐng)域研究工作的發(fā)展方向。本文創(chuàng)新性的工作主要體現(xiàn)在：多模態(tài)渦激振動疲勞損傷預(yù)報方法研究、有效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍門檻值A(chǔ)K釉與應(yīng)力比滅關(guān)系的研究、考慮載荷比效應(yīng)的改進(jìn)McEvily模型的提出以及將疲勞裂紋擴(kuò)展理論應(yīng)用到深海立管時域渦激振動疲勞壽命預(yù)報當(dāng)中。通過分析研究德出的主要結(jié)論如下：(1)對于多模態(tài)渦激振動響應(yīng)，取各階激發(fā)模態(tài)中疲勞損傷的最大值作為校核點(diǎn)的疲勞損傷與實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果吻合較好，適合工程應(yīng)用。(2)項(xiàng)部預(yù)張力、立管外徑、彈性模量以及沿立管長度方向的流速分布都對渦激振動疲勞損傷有非常明顯的影響。適當(dāng)增加立管項(xiàng)部預(yù)張力，可以減小渦激振動疲勞損傷。而立管外徑較大時，相應(yīng)的渦激振動疲勞損傷也較大。立管設(shè)計中，在其它條件允許的前提下，應(yīng)盡量選用彈性模量較小的材料，以增強(qiáng)立管的抗疲勞性能。管內(nèi)流體密度和立管壁厚的變化往往局限在～定的范圍內(nèi)，因此對渦激振動疲勞損傷的影響沒有上述幾個參數(shù)明顯。(3)有效應(yīng)力強(qiáng)度