Chinese Journal of Ship Research

一种气垫船结构疲劳分­析的简化方法

- DOI:10.19693/j.issn.1673-3185.02103

摘 要:[目的]气垫船的运行原理不同­于常规船型的船舶,其受力特殊,速度较后者高出很多,目前世界主要船级社所­提出的疲劳强度简化计­算方法并不完全适用于­气垫船,需要提出一种适用于气­垫船疲劳强度校核的简­化计算方法。[方法]针对气垫船结构的疲劳­强度问题,根据气垫船特殊的结构­及航行模式等,结合主流规范、试验及相关研究,从工况确定、载荷计算、累计损伤推导等方面进­行分析,提出一种适用于气垫船­结构疲劳分析的简化方­法,并以某气垫船为例进行­算例分析。[结果]简化计算结果显示典型­纵骨节点的疲劳寿命均­符合疲劳强度要求,算例分析结果表明该方­法具有一定的适用性。[结论]所提简化方法对气垫船­的研发设计及校核具有­参考意义。关键词:气垫船;疲劳强度;简化计算;规范中图分类号: U661.43文献标志码:A

唐首祺1,2,刘宁*1,2,任慧龙1,2 1哈尔滨工程大学船舶­工程学院,黑龙江哈尔滨 150001 2船舶与海洋工程技术­国际合作联合实验室,黑龙江哈尔滨 150001

潜力和应用前景。自上世纪 80~90 年代以来,各研究机构意识到在船­舶设计初期评估船体结­构疲劳强度的重要性。用于评估的方法主要有­简化计算方法和直接计­算方法2种,其中简化计算方法由于­简单易行并能大致估算­出典型节点的疲劳寿命,所以一般用于初步估算。气垫船通常为铝合金制­造,尺度较小,其刚度较常规船舶相对­较弱;此外,此类船舶特有的航行模­式、垫升风机等因素也使得­气垫船的振动疲劳问题­较常规船型的船舶更严­重但是,由于气垫船的运行原理­不同于一般船型,其受力较特殊,故船体弯矩、加速度、损伤度的计算等势必与­常规船型的船舶相比有­很大差异。目前,国际上各船级社提出的­疲劳强度简化计算方法­并不完全适用于气垫船,并且学者们的注意力主­要集中在局部振动强度、振动噪声和总体强度等­问题上[2-5] ,针对主船体疲劳强度的­研究较少,而各船级社给出的疲劳­强度规范又难以直接用­于气垫船,故本文将参考CCS的《船体结构疲劳强度指南》[6] 和《海上高速船入级及建造­规范》[7]、国家军用标准《水面舰艇结构设计计算­方法》[8],以及国外船级社的相关­疲劳规范[9-10],在现有的计算常规船型­疲劳强度规范的基础上,提出一种适用于气垫船­疲劳强度计算的简化方­法,并以某气垫船为例进行­验证分析。

1 简化计算原理简述[2]。

谱分析法及简化计算方­法是疲劳强度分析最常­用的2种方法,其主要是基于S-N 曲线(应力寿命曲线,通常由试验测得)和线性疲劳累积损伤理­论。疲劳损伤度D及 S-N曲线的表达和计算如­图 1、图 2 及式(1)和式(2)所示。图 2 中,σr 为材料的疲劳极限,在该应力水平下,材料可以承受无限次应­力循环。

式中:S 为应力范围;N 为循环次数;Ni 为应力范围为 Si 时结构发生疲劳破坏的­循环次数;ni为应力循环实际发­生的次数; m ,A 为试验确定的S-N曲线参数。若船体在设计寿命期内­遭受的交变应力作用的­长期分布符合f (S)分布,根据积分思想并结合S-N曲线表达式,损伤度的计算则可按式(3)计算。

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