基于洛伦兹曲线的非均匀腐蚀船体板极限强度评估方法研究

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船舶属于典型的薄壁组合结构形式,评估结构极限承载能力对船体安全性评估具有重要意义。船舶等结构服役环境复杂,腐蚀损伤带来的板厚折减会降低结构极限承载能力。现有研究通常利用均匀减薄计算腐蚀板剩余强度,忽略了腐蚀板不均匀程度对极限强度的影响,导致评估结果存在很大误差。本文引入洛伦兹曲线及相关不均匀系数量化腐蚀表面不均匀程度,旨在建立工程化、准确性高的腐蚀船体板极限强度评估方法。主要研究内容包括:(1)依据船体厚度检测数据得到腐蚀量的统计特征。对船体测厚数据(70份平台测厚报告)进行整理筛选,建立腐蚀三级数据库,得到自升式平台主甲板和压载水舱腐蚀量在同一年限下的分布规律。(2)依据腐蚀统计信息建立结构的非线性腐蚀模型。对比分析现有各腐蚀模型的拟合能力和应用范围,根据主甲板和压载水舱腐蚀量均值、标准差随年限变化规律建立相应腐蚀模型。(3)利用洛伦兹曲线及相应不均匀系数量化腐蚀板不均匀程度。通过分析确定描述腐蚀数据不均匀程度的洛伦兹曲线类型,在此基础上计算各年限下腐蚀数据不均匀程度的变化。(4)建立满足实测腐蚀规律的随机腐蚀板,探究各不均匀系数物理意义。依据实测非线性时变腐蚀模型定义随机场腐蚀表面的概率特性,得到各腐蚀年限下的非均匀腐蚀板,计算相关不均匀系数,对比分析各系数物理意义,选取合适的不均匀参数量化腐蚀形貌不均匀程度。(5)建立非均匀腐蚀板极限强度评估方法。通过大量随机腐蚀板非线性有限元分析,探究腐蚀不均匀程度对极限强度折减的影响,建立腐蚀板极限强度评估公式,并与前人研究中评估方法进行对比。本文依据船体测厚数据,选取主甲板、舷侧外板作为研究对象,分析腐蚀量在同一年限下的分布规律,研究腐蚀量均值、标准差随年限变化规律并建立腐蚀模型,引入洛伦兹曲线评估满足腐蚀板的不均匀程度,分析满足该规律的随机腐蚀板的各不均匀系数物理意义,最终建立考虑腐蚀板不均匀程度的极限强度评估方法。
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