全海深载人潜水器载人舱的疲劳可靠性研究
Research on Fatigue Reliability of Manned Cabin of Full Ocean Depth Submersibles
载人舱是载人潜水器最重要的部件之一,研究它的疲劳性能具有十分重要的现实意义.目前海洋结构物的疲劳寿命预测方法不能评估不确定性因素对疲劳寿命的影响,本文将结合可靠性理论和裂纹扩展率模型,构建一个初步的载人舱的疲劳可靠性评估体系.本文的具体研究内容和贡献主要包括以下几个方面:(1)对当前金属结构疲劳寿命评估方法的最新研究进展进行了归纳总结;对几种常用的可靠性分析方法进行了详细介绍和比较分析.(2)对全海深载人潜水器载人舱壳体的几种备选材料综合材料特性进行了比较分析,并对载人舱的使用环境、结构特点、载荷历程的特点及其简化描述方法进行了阐述.(3)对基于统一的疲劳寿命预报方法、考虑保载以及小裂纹效应的裂纹扩展率模型的可靠性进行了分析,并讨论了各不确定性参数及不同的统计特征的影响.分析结果显示,不确定性变量的标准差越小,可靠度指标越高,反之也成立.(4)对大深度载人潜水器载人舱的载荷历程进行了数学描述.潜水器在作业深度的受载状态是最大应力水平下的保载,载人舱的疲劳响应是保载-疲劳行为,和常规的疲劳、保载既有联系又有区别.(5)使用有限元方法对有机玻璃(PMMA)观察窗进行分析确定其热点,结合PMMA的疲劳蠕变特性,根据损伤分离法提出了观察窗的保载-疲劳可靠性计算方法.(6)建立了全海深载人潜水器载人舱的疲劳可靠性的评估体系,其具体内容分为耐压壳体和观察窗的疲劳可靠性两个部分.在对耐压壳体的疲劳可靠性进行分析时,可用有限元计算确定载人舱壳体上应力集中最为严重的位置,在该处对裂纹扩展进行模拟,计算相应的应力强度因子,进而基进行壳体的疲劳可靠性分析.本文综合了断裂力学及可靠性、有限元等理论,考虑了结构、材料、载荷、环境等多种因素的联合作用,基于裂纹扩展率模型,对载人舱的疲劳可靠性评估方法进行了研究,为建立较完备的全海深载人潜水器载人舱的使用安全性评估理论体系奠定了基础.
- 作者：
- 王莹莹
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 船舶与海洋结构物设计制造
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 崔维成；王芳
- 中图分类号：
- U674.941
- 关键词：
- 载人舱；可靠性；保载-疲劳；疲劳裂纹扩展率；载荷谱
- Manned cabin; reliability; dwell-fatigue; fatigue crack growth rate; load spectrum;