循环载荷作用下铝合金船体板架结构疲劳特性研究

为研究铝合金船体板架结构疲劳特性,寻求循环载荷作用下船体板架结构疲劳寿命变化规律。本文以铝合金船体板架结构为研究对象,设计制作不同节点实尺度板架模型,开展循环载荷作用下铝合金船体板架结构疲劳试验,获取试验中测点应力与循环加载次数等数据,并采用Ansys/Fe-safe平台建立模型进行疲劳仿真分析,将仿真得到节点板架S-N曲线与试验结果进行对比分析。结果表明:1)铝合金板架结构疲劳破坏模式存在一般性规律,节点2板架疲劳性能更好;2)试验与仿真得到节点板架疲劳裂纹萌生及破坏位置一致,且试验测得热点应力、循环寿命与仿真水平基本相当,揭示了节点板架结构断裂原因在于高载循环应力下产生的疲劳损伤;3)拟合得到试验与仿真S-N曲线吻合度较高,且试验曲线更偏于保守、安全。研究成果可为铝合金船体板架结构疲劳强度评估及寿命预测提供参考。     

带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件疲劳寿命分析

对带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件进行疲劳寿命有限元分析研究，并加工制造了典型焊接节点试件，对其进行疲劳试验，试验结果与数值分析结果基本吻合，说明对潜艇典型焊接结构的有限元应力分析、疲劳寿命分析的方法是正确可行的。     

大型集装箱船舱口角隅高低周复合疲劳寿命预报方法研究

大型集装箱船遭遇高海况时，舱口角隅处应力水平可能接近甚至超过材料屈服极限，因此循环极端载荷作用下的舱口角隅疲劳损伤可视为高低周复合疲劳问题。本文采用一种高低周复合疲劳寿命预报模型对某大型集装箱船的舱口角隅进行疲劳寿命预报。首先建立全船有限元模型和水动力模型，给出不同浪向角及波浪频率下舱口角隅节点的热点应力传递函数，然后采用北大西洋波浪散布图得到节点的应力范围，对其中超过80%屈服应力的海况，通过Neuber公式求出角隅节点的弹塑性循环应力应变幅，最后采用复合疲劳模型计算得到舱口角隅的高低周复合疲劳寿命。与采用谱分析方法预报的疲劳寿命进行对比后的结果显示，高海况导致舱口角隅发生的低周疲劳损伤不可忽略，应采用高低周复合疲劳评估方法对其进行寿命预报。本文工作可为船体结构疲劳寿命的准确预报提供参考。     

带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件疲劳寿命分析

对带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件进行疲劳寿命有限元分析研究,并加工制造了典型焊接节点试件,对其进行疲劳试验,试验结果与数值分析结果基本吻合,说明对潜艇典型焊接结构的有限元应力分析、疲劳寿命分析的方法是正确可行的.     

基于改进子模型技术的TLP平台疲劳分析

研究适用于TLP平台的疲劳分析方法。首先建立TLP平台的整体结构模型,运用基于累积损伤理论的疲劳谱分析法,根据整体分析初步确定TLP平台疲劳关键节点位置,即疲劳敏感部位。然后建立疲劳敏感部位的中间模型与精细子模型,运用改进的子模型技术分析计算得到关键节点的热点应力,并根据疲劳谱分析法计算关键节点的疲劳寿命,并将之与传统子模型技术的计算结果比较。分析表明,改进的子模型技术比传统方法的应力计算结果更加精确,有利于得到更加真实的疲劳寿命计算结果。     

瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测

通过开展材料性能试验与分析,获取材料的循环应力-应变曲线,采用不同方法对Manson-Coffin公式中的疲劳常数进行估算,对R≠–1的应变-寿命曲线进行修正。运用雨流计数法计算得到结构的载荷谱,采用Neuber近似解法求出舵板结构的局部应力应变。分别应用道林公式和兰德格拉夫公式2种方法计算结构的累计损伤效应,并对2种方法的计算结果进行对比分析。提出采用应变能等效原则开展试件的疲劳寿命试验方法,试验结果与仿真计算结果较为近似。     

瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测

通过开展材料性能试验与分析,获取材料的循环应力-应变曲线,采用不同方法对Manson-Coffin公式中的疲劳常数进行估算,对R≠–1的应变-寿命曲线进行修正.运用雨流计数法计算得到结构的载荷谱,采用Neuber近似解法求出舵板结构的局部应力应变.分别应用道林公式和兰德格拉夫公式2种方法计算结构的累计损伤效应,并对2种方法的计算结果进行对比分析.提出采用应变能等效原则开展试件的疲劳寿命试验方法,试验结果与仿真计算结果较为近似.     

弯曲载荷下复合材料夹芯"L"型接头强度和疲劳试验研究

文章研究了复合材料夹芯"L"型接头在弯曲载荷下的静强度和疲劳问题.通过静加载试验,得到该接头的极限承载能力和破坏模式.在此基础上,对不同载荷水平下的试件进行疲劳试验.基于试验数据建立S-N曲线,比较了半对数线性拟合和"S"型函数拟合结果.结果表明,"S"型曲线的预测结果好于半对数线性拟合.同时,分析了疲劳载荷下的接头破坏模式,包括夹芯和面板之间脱粘、面板分层和纤维断裂.根据试验现象划分了表明裂纹扩展的3个阶段.建立了刚度退化模型表现不同载荷水平下刚度退化规律.     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果.基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型.通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性.通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析.该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义.     

DH36钢趾端焊接接头低温疲劳试验研究

常温S-N曲线无法满足极地低温环境下船海结构疲劳设计的需要,开展了-60℃条件下的船用DH36钢焊接接头低温疲劳强度试验研究。根据国标准设计DH36钢趾端焊接接头的疲劳标准试件,将试件放置在低温箱内采用热点应力方法进行疲劳热点应力测试,并与有限元计算结果进行对比分析,验证了试验测量的可靠性。试验共测量了两级应力范围水平,每级应力范围水平测量14个试件,基于测得的热点应力范围及疲劳寿命,利用单侧容限系数法得到了不同存活率下的p-S-N曲线,结果表明,低温条件下疲劳寿命符合对数正态分布,低温疲劳寿命高于常温疲劳寿命。     

基于谱分析的FPSB疲劳寿命评估和优化

FPSB是一种新型深远海大型浮式结构物,长期承受交变波浪载荷作用,易发生疲劳而使得结构失效。本文以一艘FPSB为研究对象,使用谱分析法对其疲劳寿命进行了评估。首先建立水动力模型计算波浪载荷响应算子RAO,建立整船结构模型计算船体结构响应,随后选取典型节点建立子模型以得到精确的热点应力传递函数,采用北大西洋海况和P-M海浪谱,基于S-N曲线和线性累积损伤准则对典型节点的疲劳寿命进行计算分析。根据疲劳评估结果,对易损节点进行基于疲劳性能的结构优化,以提高节点形式的合理性及结构安全可靠性。     

双轴加载下船底纵骨疲劳寿命试验与数值模拟研究

以实尺度制作了疲劳试验的试件,对45000DWT江海直达散货船船底纵骨与水密及非水密实肋板连接处进行了双轴恒幅循环载荷下的疲劳试验,记录了热点处的疲劳裂纹扩展长度和对应循环次数,获得船底纵骨疲劳特性;根据不同节点处裂纹萌生和扩展情况,得出非水密节点处是疲劳危险处;用动态应变仪记录热点处的应变,根据新版《船体结构疲劳强度指南》中的热点应力法计算热点应力,用试验数据拟合了一条S-N曲线,与指南提供的D曲线进行了对比分析,验证了D曲线的合理性。同时用MSC.Patran软件建立有限元模型,选取2007版《船体结构疲劳强度指南》中名义应力法对应结构形式的F曲线,用MSC.fatigue模块计算了相应节点的总疲劳寿命,将有限元结果和试验结果进行对比,验证了热点应力法的准确性。     

焊接缺陷对铝合金板架疲劳寿命影响的试验分析

[目的]为研究焊接缺陷对铝合金板架结构疲劳寿命的影响,[方法]首先,利用X射线对2种节点形式的铝合金板架试件焊缝部位进行拍照,筛选出含与不含焊接缺陷的铝合金板架,并通过对X射线图像的分析得到铝合金焊接缺陷的主要类型;然后,在不同载荷作用下,对含与不含焊接缺陷的2种铝合金板架试件开展疲劳试验,以获得铝合金板架的疲劳寿命;最后,运用ABQUAS软件建立含3种焊接缺陷的板架试件的局部仿真模型,分析和揭示含焊接缺陷板架结构失效产生的机理。[结果]试验结果表明:含焊接缺陷的试件失效是由于焊缝端部缺陷处出现裂纹,扩展后导致纵骨腹板发生断裂;而不含焊接缺陷的试件失效与节点形式有关,均是在循环载荷作用下纵骨面板失效产生疲劳裂纹,扩展到腹板后导致纵骨发生断裂。[结论]研究成果可为铝合金焊接结构的疲劳寿命评估及焊接缺陷对疲劳寿命的影响提供参考。     

单点系泊系统将军柱疲劳分析

渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成,其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一,其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷,作用在结构上会产生疲劳损伤,因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法,通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型,根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力;基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论,通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤;评估结构的疲劳强度,分析易发生疲劳的关键节点位置,并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法,为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

基于损伤力学-有限元法的大跨度钢桥梁构件疲劳损伤累积分析

采用损伤力学-有限元全耦合方法分析桥梁焊接构件内的疲劳损伤累积过程,具有明确的物理意义.首先介绍了耦合疲劳损伤分析的基本方法,建立了全耦合疲劳损伤分析的有限元方法过程,并将分析方法和过程嵌入大型通用有限元软件ABAQUS的用户接口里,便于对实际工程结构疲劳损伤累积过程进行分析.采用全耦合疲劳损伤分析方法,对青马大桥关键焊接构件进行疲劳损伤累积分析,结果表明:关键焊接构件疲劳损伤的累积过程具有局部性;疲劳损伤场与应力场之间存在着相互作用;广泛采用的线性米勒准则用于疲劳寿命评估是偏于安全的.这种偏于安全的误差,用于结构的疲劳设计是合适的,但对于在役结构疲劳损伤累积的准确砰估却是不利的.该方法为桥梁结构基于有限元热点应力分析和损伤力学理论进行局部疲劳损伤累积的准确评估提供了可行的方法和理论基础.     

南海2号半潜式钻井平台疲劳寿命分析

本文以南海2号半潜式钻井平台对角线斜撑与水平横撑连接处的K型节点为例进行疲劳寿命分析.首先,建立整体结构有限元模型,质量模型及水动力模型,采用三维势流理论和Morison公式计算出结构所承受地波浪载荷.然后,建立K型节点的有限元细化模型,计算出的热点应力集中系数,结合从整体有限元模型计算出的总体结构应力,得到热点应力传递函数.应用谱分析方法求出结构交变应力范围及相应地循环次数,最后根据Miner线性累积损伤规则进行节点的疲劳寿命评估.     

自升式海洋平台升降装置动力分析及疲劳分析

介绍了使用ANSYS有限元软件对平台结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析的方法。应用ANSYS软件可以直接对波流载荷作用下的平台进行有限元分析.而且建模简单、计算精度高。本文采用ANSYS软件建立起自升式平台的数学仿真模型,对自升式平台进行了动力响应分析,并且利用动力响应的分析结果得到平台构件的应力范围和循环次数,根据P-S-N曲线计算平台升降装置的疲劳损伤、估算升降装置的疲劳寿命。     

980钢焊接节点疲劳试验

疲劳寿命与材料、节点形式、焊接工艺，以及应力应变水平有关。当交变应力水平超过材料的屈服极限时，疲劳试验载荷作用的频率对疲劳寿命将会影响很大。采用应变控制方式进行疲劳试验，可以降低载荷频率对疲劳寿命的影响。本文根据应力水平大小，分别在应力和应变两种不同的控制方式下完成了980钢板对接焊节点、T型焊接节点和大角度对接焊节点的疲劳试验工作，得到了980钢在一定焊接工艺条件下的应力-寿命和应变-寿命结果。为980钢焊接结构的疲劳强度设计提供了依据。     

基于裂纹扩展的海洋平台疲劳可靠性分析

文章基于裂纹疲劳基本理论,针对在役导管架平台出现初始裂纹状态下结构承载力进行分析,考虑结构损伤与腐蚀等因素,建立了典型导管架平台整体结构模型和局部子模型,分析了在该工况下平台整体结构的疲劳强度,并确定了平台结构的疲劳关键部位。采用几何应力外插法计算了热点应力,基于疲劳裂纹扩展的疲劳分析方法,计算了疲劳关键节点的疲劳寿命与疲劳可靠度。该方法能够为海洋平台结构的维护和保养提供一定参考。