考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余极限强度研究进展

为得到考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余强度研究领域的发展趋势,本文对国内外该领域公开发表的文章进行综述,根据本文的研究可以发现:由于海洋钢结构的大尺度和复杂性,数值模拟已成为受蚀船体结构剩余强度的主要研究方法,但模拟结构的有效性仍需进一步检验;对于点腐蚀,就研究参数而言,长细比、DOP、体积损失是学者们最为关注的指标,但对点蚀板强度缺少时变可靠性研究;计算模型中都缺乏对焊接残余应力的考虑.本文所做的研究可为该领域下一步研究方向提供参考.     

考虑腐蚀影响的船舶结构可靠性研究现状与展望

对近年来考虑腐蚀影响的船舶结构可靠性计算各主要研究层面的研究现状做了介绍与评述.通过这一综述可以发现:此领域研究工作重心已由考虑线性、非线性均匀腐蚀的影响逐步向局部腐蚀尤其是点腐蚀方向转变.今后的研究重点为以下三个方面,即:①发展符合基本腐蚀机理、与实测腐蚀数据较为吻合的点腐蚀多指标模型;②确定蚀点几何参数在各类荷载条件下对构件强度的影响;③深入评估腐蚀与疲劳的相互作用对结构可靠性计算的影响.     

单点腐蚀船体板剩余疲劳寿命的数值计算

船体板在波浪载荷下会受到交变拉/压作用,因此必须考虑疲劳对船体板剩余寿命的影响,尤其是对含点腐蚀船体板剩余寿命的影响。本文对单点腐蚀船体板剩余疲劳寿命进行了数值计算,结果表明:使用二次单元对含蚀坑船体板应力集中系数的计算误差不超过10%,而使用线性单元误差可达40%;蚀坑直径对单点腐蚀船体板疲劳寿命的影响不大,而船体板剩余疲劳寿命随蚀坑深度的增大而迅速减小。可见,对于点腐蚀钢板的应力集中计算,使用而二次单元比使用线性单元更准确;蚀坑深度对单点腐蚀船体板剩余疲劳寿命的影响比蚀坑直径的影响更为显著。     

点蚀损伤船体结构板的极限剪切屈曲强度研究

腐蚀损伤导致船体结构板的极限承载能力大幅度下降。文章采用腐蚀体积描述板的点蚀损伤程度,模拟船体结构板的点蚀损伤形态,在点蚀损伤板模型中变化板的厚度、点蚀数目、点蚀直径以及点蚀分布等要素,实施系列有限元数值模拟计算,在进行理论分析的基础上,采用统计学方法,建立了点蚀损伤板极限剪切屈曲强度的评估方法,得到了点蚀损伤板极限剪切屈曲强度的计算公式。从而确立了基于腐蚀体积的点蚀损伤船体结构板极限剪切屈曲强度的评价技术,可为在役海船点蚀损伤后的安全性评估提供有效的技术手段。     

点蚀损伤板在复杂受力状态下的极限强度研究

采用非线性有限元软件模拟船底板单面点腐蚀,通过对边缘载荷系数比、蚀坑分布、直径、深度的改变,经过一系列的数值计算分析,结果表明横向载荷和侧压对板的极限强度影响不可忽略,计算板的极限承载能力时需要考虑计及侧压与横向载荷。在复杂受力状态下,就单考虑蚀坑深度时,板表面的蚀坑深度在0~0.5t区间变化时,极限强度相应的折减率比大于1/2板厚时更大,极限强度对蚀坑深度更加敏感。腐蚀面积不能有效表征腐蚀程度,当DOP系数相同时,点蚀后板的最小横截面决定了极限强度的大小。     

点蚀、裂纹损伤对船用加筋板剩余极限强度的影响

[目的]长期服役于恶劣海洋环境中的船舶与海洋工程结构,不可避免地会产生裂纹和点蚀,这些损伤会对结构的极限承载能力产生较大影响。为探讨裂纹、点蚀同时存在时对结构承载能力的影响,[方法]采用非线性有限元法开展含裂纹、点蚀损伤的加筋板在轴向压载作用下的极限强度研究。在讨论网格尺寸对含裂纹、点蚀损伤加筋板极限强度影响的基础上,开展裂纹点蚀坑相对位置、点蚀数目、裂纹长度对含裂纹、点蚀损伤加筋板剩余极限强度的影响。[结果]计算结果表明,裂纹长度、点蚀的增加会使加筋板的剩余极限强度下降明显。[结论]这些结果可用于指导全寿期船舶与海洋工程结构的设计与维护。     

船体结构腐蚀模型及安全性评估研究进展

为得到船舶与海洋工程结构物腐蚀规律研究领域的发展趋势,本文对国内外该领域公开发表的文章进行了综述,根据本文的研究可以发现：①经验模型出现较早,发展日趋成熟,但由于缺乏对腐蚀机理的研究,经验模型的适用性较为有限；②物理模型尚处于起步阶段,且学者们对物理模型的研究基本上是基于海水挂片试验,缺乏实船历史腐蚀数据验证；③国内外对腐蚀模型的研究大多集中于均匀腐蚀,缺乏对点蚀蚀坑形态的描述。本文所做的研究可为该领域下一步研究方向提供参考。     

轴向压力下含点蚀损伤加筋板极限强度研究

点蚀损伤常发生于船体结构,将会造成结构的局部缺失而影响船舶结构的安全性.针对船体结构的基本构件加筋板,采用非线性有限元法研究轴向压力下点蚀损伤对其极限强度的影响,考虑点蚀位置、直径、数目、深度、点蚀损失体积等影响因素,分析船体加筋板极限应力和屈曲失效模式,获得结构的极限强度,拟合影响因素和加筋板极限强度的关系曲线,定性分析了点蚀损伤对加筋板的破坏.结果表明,点蚀损伤削减了加筋板极限强度;点蚀影响因素(点蚀直径、数目、深度、损失体积)对含点蚀损伤加筋板极限强度的影响近似呈现非线性的二次单调函数关系.     

含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹及腐蚀损伤对于浮式生产储油卸油装置（FPSO）结构来说难以避免，这将削弱结构的极限强度，所以研究含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构的剩余极限强度意义重大。目前针对裂纹及腐蚀损伤联合作用下FPSO结构剩余极限强度的研究相对欠缺，本文采用非线性有限元分析方法，研究了不同腐蚀及裂纹损伤组合形式下FPSO结构剩余极限强度的衰减规律。结果表明，腐蚀与裂纹损伤均导致极限强度线性衰减，并且腐蚀损伤对极限强度的影响远大于裂纹损伤。研究结果对FPSO结构的设计、维护与延寿具有一定的参考价值。     

金属表面点蚀的稳态过程数值研究

[目的]腐蚀会严重影响舰船设备的使用寿命,了解腐蚀机理及对腐蚀进行预测能有效地减缓腐蚀对舰船设备的危害。[方法]构建了格子Boltzmann腐蚀模型,该模型可描述包含多相多组分流动与扩散、电化学反应和金属点蚀的稳态全过程。应用此模型,研究浸没于液体腐蚀环境中的金属表面单坑点蚀稳态过程;分析腐蚀化学反应速率、腐蚀溶液扩散系数、腐蚀产物扩散系数对腐蚀程度的影响。通过数值模拟,获得金属表面点蚀坑的形貌变化特征。[结果]结果显示,对于金属表面单坑点蚀的稳态过程,由于钝化膜与金属基体构成了"大阴极,小阳极"的电化学腐蚀体系,使腐蚀稳态点蚀将持续向金属材料基体的纵深发展,并且初生蚀孔除自身发生点蚀外,还将在蚀孔底部产生次生蚀孔。在不同影响因素下,腐蚀程度随腐蚀反应速率和反应物组分扩散系数的增大而增大,而随腐蚀产物扩散系数的增大而减小。[结结论]通过该腐蚀模型,可模拟出与真实金属相近的腐蚀形貌变化特征。