深海立管渦激振動(dòng)疲勞損傷預(yù)報(bào)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(dòng)疲勞損傷預(yù)報(bào)方法研究姓名：王一飛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(wèn)的關(guān)系，得到了一個(gè)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(duì)McEvily模型進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)：一是將不同金屬材料對(duì)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(kāi)應(yīng)力強(qiáng)度因子k腳對(duì)于不同的應(yīng)力比都是變量。并將改進(jìn)McEvily模型的預(yù)報(bào)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(shí)的適用性，為后續(xù)深海立管時(shí)域渦激振動(dòng)疲勞壽命預(yù)報(bào)方法的提出奠定了理論基礎(chǔ)。(8)深海立管時(shí)域渦激振動(dòng)疲勞壽命預(yù)報(bào)方法研究——由于深海立管渦激振動(dòng)響應(yīng)時(shí)域預(yù)報(bào)方法還不成熟，作者通過(guò)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法來(lái)模擬立管渦激振動(dòng)時(shí)域載荷歷程，應(yīng)用(7)中提出的改進(jìn)McEvily模型來(lái)進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)報(bào)。同時(shí)，也進(jìn)行了不考慮載荷比效應(yīng)時(shí)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)報(bào)作為比較，凸顯了時(shí)域渦激振動(dòng)疲勞壽命預(yù)報(bào)時(shí)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(shí)展望未來(lái)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(dòng)疲勞損傷預(yù)報(bào)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(shí)域渦激振動(dòng)疲勞壽命預(yù)報(bào)當(dāng)中。通過(guò)分析研究德出的主要結(jié)論如下：(1)對(duì)于多模態(tài)渦激振動(dòng)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(zhǎng)度方向的流速分布都對(duì)渦激振動(dòng)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(dòng)疲勞損傷。而立管外徑較大時(shí)，相應(yīng)的渦激振動(dòng)疲勞損傷也較大。立管設(shè)計(jì)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(duì)渦激振動(dòng)疲勞損傷的影響沒(méi)有上述幾個(gè)參數(shù)明顯。(3)有效應(yīng)力強(qiáng)度