船舶軸系裂紋擴(kuò)展預(yù)測與評估.pdf

1、船舶在國際貿(mào)易往來、探究開發(fā)海洋資源、捍衛(wèi)國家海洋主權(quán)等方面具有重要的作用。船舶的動(dòng)力系統(tǒng)為船舶提供動(dòng)力和二次能源。船舶軸系是動(dòng)力輸出與傳遞的關(guān)鍵部件。然而船舶長時(shí)間在海上航行，工作環(huán)境極為惡劣。軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要承受由主柴油機(jī)和螺旋槳傳來的激勵(lì)，長期處于交變應(yīng)力狀態(tài)下。鍛造過程中軸系或多或少會存在缺陷，在交變應(yīng)力的載荷下就會出現(xiàn)裂紋的萌生、擴(kuò)展甚至斷裂，會對船舶造成災(zāi)難性的毀壞。因此研究船舶軸系裂紋的擴(kuò)展，評估軸系裂紋的壽命，具有重要的意

2、義。
　　針對船舶軸系的裂紋問題，論文主要采用ANSYS軟件的Mechanical APDL模塊和Workbench模塊進(jìn)行船舶軸系的內(nèi)部裂紋和軸系表面裂紋的仿真計(jì)算。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)基于材料力學(xué)的知識，分析了在彎扭載荷下軸上任意一點(diǎn)的受力情況，仿真計(jì)算時(shí)階梯軸在純轉(zhuǎn)矩載荷下出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，研究應(yīng)力集中區(qū)域在不同轉(zhuǎn)矩作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化規(guī)律。
　　(2)在ANSYS中仿真計(jì)算軸內(nèi)部的圓盤形裂紋的

3、三維應(yīng)力強(qiáng)度因子，比較了二次插值法和相互作用積分法在計(jì)算時(shí)的差異性。用控制變量法研究了轉(zhuǎn)矩、彎矩、拉力對軸系的橢圓型表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。
　　(3)基于Paris公式，推導(dǎo)出了裂紋擴(kuò)展速率與船舶動(dòng)力參數(shù)（主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率、船舶軸系速率）之間的關(guān)系。在ANSYS中模擬了在轉(zhuǎn)矩作用下軸系裂紋的擴(kuò)展情況。評估計(jì)算了含橢圓型裂紋的船舶艉軸在轉(zhuǎn)矩作用下，裂紋的疲勞壽命，并探討了裂紋壽命與裂紋深度的關(guān)系。
　　(4)為了緩解軸系裂