深海立管渦激振動疲勞損傷預報方法研究.pdf

1、上海交通大學博士學位論文深海立管渦激振動疲勞損傷預報方法研究姓名：王一飛申請學位級別：博士專業(yè)：船舶與海洋結構物設計制造指導教師：崔維成20080401上海交通大學博士學位論文摘要應力比下有效應力強度因子范圍fUe監(jiān)Nago正m為定值，本文假定似。忭lh是應力比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驗結果以及基于裂紋局部閉合模型的AKo噩m實驗結果三方面入手深入探討

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

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

4、慮載荷比效應的必要性。(9)總結與展望——總結全文工作，同時展望未來該領域研究工作的發(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報方法研究、有效應力強度因子范圍門檻值AK釉與應力比滅關系的研究、考慮載荷比效應的改進McEvily模型的提出以及將疲勞裂紋擴展理論應用到深海立管時域渦激振動疲勞壽命預報當中。通過分析研究德出的主要結論如下：(1)對于多模態(tài)渦激振動響應，取各階激發(fā)模態(tài)中疲勞損傷的最大值作為校核點的疲勞損傷與實

5、驗結果吻合較好，適合工程應用。(2)項部預張力、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。適當增加立管項部預張力，可以減小渦激振動疲勞損傷。而立管外徑較大時，相應的渦激振動疲勞損傷也較大。立管設計中，在其它條件允許的前提下，應盡量選用彈性模量較小的材料，以增強立管的抗疲勞性能。管內流體密度和立管壁厚的變化往往局限在～定的范圍內，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)有效應力強度