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考虑腐蚀作用下的铝合金三体船疲劳强度直接计算分析

周陈炎 张佳宁 陈玲 孟巧

周陈炎, 张佳宁, 陈玲, 等. 考虑腐蚀作用下的铝合金三体船疲劳强度直接计算分析[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(5): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02070
引用本文: 周陈炎, 张佳宁, 陈玲, 等. 考虑腐蚀作用下的铝合金三体船疲劳强度直接计算分析[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(5): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02070
ZHOU C Y, ZHANG J N, CHEN L, et al. Fatigue strength analysis of aluminum alloy trimaran considering corrosion effects[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2021, 16(5): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02070
Citation: ZHOU C Y, ZHANG J N, CHEN L, et al. Fatigue strength analysis of aluminum alloy trimaran considering corrosion effects[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2021, 16(5): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02070

考虑腐蚀作用下的铝合金三体船疲劳强度直接计算分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02070
基金项目: 江苏省高等学校自然科学基金资助项目(18KJD580003);南通市市级科技计划资助项目(JCZ20183)
详细信息
    作者简介:

    周陈炎,男,1993年生,硕士,讲师。研究方向:船舶结构强度计算。E-mail:zhouchen94782@163.com

    张佳宁,女,1965年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶结构可靠性分析

    陈玲,女,1988年生,硕士,讲师。研究方向:船舶总体设计

    孟巧,女,1983年生,硕士,讲师。研究方向:船舶计算流体力学

    通信作者:

    周陈炎

  • 中图分类号: U661.43

Fatigue strength analysis of aluminum alloy trimaran considering corrosion effects

  • 摘要:   目的  针对腐蚀环境下铝合金三体船的疲劳强度评估问题,  方法  以某120 m铝合金三体船为例,基于Miner线性累积损伤理论,运用直接计算法——谱分析法进行三体船疲劳寿命计算。同时,建立不同腐蚀模型,探讨不同腐蚀模型对三体船热点疲劳特性的影响。  结果  结果显示:新型腐蚀模型更符合结构的实际腐蚀过程且具有较好的适应性;不同腐蚀模型对铝合金三体船热点的疲劳影响程度与腐蚀年限有关;铝合金三体船在连接桥与主、侧体连接处其抗腐蚀疲劳强度能力较强。  结论  所得结论对考虑腐蚀环境下的三体船疲劳强度评估具有参考意义。
  • 图  1  三体船水动力模型

    Figure  1.  Hydrodynamic model of the aluminum alloy trimaran

    图  2  三体船热点有限元模型

    Figure  2.  Finite element model of the aluminum-alloy trimaran's hot spot

    图  3  热点S2处的应力响应传递函数

    Figure  3.  The stress response transfer function of S2

    图  4  热点S4处的应力响应传递函数

    Figure  4.  The stress response transfer function of S4

    图  5  各航向角下热点部位的疲劳损伤度

    Figure  5.  Fatigue damage of hot spots in different heading angle

    图  6  Soares等[9]提出的腐蚀模型

    Figure  6.  Corrosion model proposed by Soares,et al[9]

    图  7  腐蚀速率模型结果与试验结果对比

    Figure  7.  Comparison of corrosion rate model results and test results

    图  8  腐蚀厚度模型结果与试验结果对比

    Figure  8.  Comparison of corrosion thickness model results and test results

    图  9  新腐蚀模型的灵活性

    Figure  9.  Flexibility of the new corrosion model

    图  11  热点S2在不同腐蚀模型下的疲劳损伤度

    Figure  11.  Fatigue damage of S2 in different corrosion models

    图  12  热点S4在不同腐蚀模型下的疲劳损伤度

    Figure  12.  Fatigue damage of S4 in different corrosion models

    图  13  热点S5在不同腐蚀模型下的疲劳损伤度

    Figure  13.  Fatigue damage of S5 in different corrosion models

    图  10  热点S1在不同腐蚀模型下的疲劳损伤度

    Figure  10.  Fatigue damage of S1 in different corrosion models

    表  1  铝合金三体船疲劳评估热点部位

    Table  1.   Hot spot for fatigue assessment of the aluminum alloy trimaran

    热点结构位置
    S1艉封板与连接桥尾部湿甲板相交处
    S2湿甲板与片体相交处
    S3纵骨穿越强框架处
    S4连接桥与三体船主船体相交处
    S5连接桥与三体船侧体相交处
    S6连接桥与横舱壁相交处
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    表  2  波浪载荷响应计算工况和参数

    Table  2.   Calculation conditions and parameters of wave load response

    计算工况数 值
    航速U/kn20
    航向角θ/(º)0,30,60,90,120,150,180
    210,240,270,300,330
    各航向角出现的概率Pj1/12
    波浪圆频率ω/(rad·s-1)0.1~2.0
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    表  3  基于直接计算法的铝合金三体船疲劳损伤及寿命计算

    Table  3.   Calculation of fatigue damage and life of aluminum-alloy trimaran based on direct calculation method

    热点疲劳损伤度D疲劳寿命TF /年
    S10.198 2126.14
    S20.235 6106.11
    S30.178 9139.74
    S40.896 227.90
    S50.913 027.38
    S60.532 646.94
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    表  4  Paik等[12]提供的能够散货船的腐蚀数据

    Table  4.   Corrosion data of a bulk carrier provided by Paik et al[12]

    时间
    /a
    均值
    /mm
    标准差时间
    /a
    均值
    /mm
    标准差时间
    /a
    均值
    /mm
    标准差
    2.00.010.0057.40.530.0216.01.530.05
    3.00.040.0057.80.650.0217.01.560.05
    4.00.120.0058.00.690.0218.01.590.08
    4.40.160.0088.40.750.0319.01.600.08
    4.80.210.0089.00.850.0320.01.610.08
    5.00.230.0089.40.910.0321.01.620.10
    5.40.280.00810.00.990.0422.01.620.10
    5.80.340.01011.01.130.0423.01.620.10
    6.00.370.01012.01.250.0423.01.620.10
    6.40.430.01013.01.350.0425.01.630.10
    6.80.490.02014.01.420.04
    7.00.530.02015.01.490.05
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    表  5  常规腐蚀模型疲劳寿命降低比例

    Table  5.   Reduction ratio of fatigue life of conventional corrosion models

    项目双线性模型稳态模型
    S1S2S4S5S1S2S4S5
    不考虑腐蚀时的寿命/a126.14106.1127.9027.38126.14106.1127.9027.38
    25年腐蚀后的寿命/a113.64100.4027.7326.5486.5184.1826.3425.77
    减少率/%9.95.42.73.031.420.675.65.9
    项目幂函数模型GC模型
    S1S2S4S5S1S2S4S5
    不考虑腐蚀时的寿命/a126.14106.1127.9027.38126.14106.1127.9027.38
    25年腐蚀后的寿命/a114.21100.6827.2226.91102.8992.1526.6225.97
    减少率/%9.55.12.41.718.413.24.65.1
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    表  6  新腐蚀模型疲劳寿命降低比例

    Table  6.   Reduction ratio of fatigue life of new corrosion model

    项目S1S2S4S5
    不考虑腐蚀时的寿命/a126.14106.1127.9027.38
    25年腐蚀后的寿命/a102.8892.2526.5325.93
    减少率/%18.413.064.915.29
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-12
  • 修回日期:  2020-10-05
  • 网络出版日期:  2021-07-13

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