基于ANSYS和Certon-Dolan理论分析估计疲劳寿命的方法

依据累积疲劳损伤法-迈纳（Miner）法和应力寿命曲线（S-N）推导变幅多级载荷下等效应力及强度判据公式；结合ANSYS有限元分析软件和柯顿-多兰（Certon-Dolan）理论，通过APDL（Ansys Parameter Design Language）参数化建模，分析出不同载荷下应力集中的部位，将有限元网格划分的危险部位节点单元的应力值取出，代入理论公式估算疲劳寿命，具体分析多级载荷加载次序对疲劳寿命的影响，比较Miner方法和Certon-Dolan方法优劣，并提供设计参考数据和理论判据。     

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.     

港口机械结构疲劳寿命计算方法

为有效地评估港口机械结构件的疲劳强度,基于《起重机设计规范》的疲劳校核方法,结合疲劳累积损伤理论和材料S-N曲线,在有限元模型中施加疲劳当量载荷得到当量应力,代入理论公式得到结构的寿命。通过实例分析,说明该计算方法方便、可靠,可在港机结构设计中推广应用。     

两级交变载荷下船体结构典型节点疲劳试验研究

江海直达船属于浅吃水大型宽船,往复航经江段和海段,其疲劳问题不容忽视。将江段和海段载荷简化为小和大2级交变载荷,选取较为典型的船底纵骨贯穿横舱壁节点,通过对比试验探讨2级交变载荷对该船疲劳寿命的影响。试验结果表明,在试验工况下,变幅载荷中的大载荷是导致裂纹扩展的主要因素,小载荷的参与会降低大载荷作用下裂纹扩展的速率。采用等效应力法对变幅载荷下节点的疲劳寿命进行评估,发现采用Miner准则所得结果偏保守,采用均方根法所得结果偏危险,采用修正的Miner准则所得结果精度较高,推荐采用该方法评估2级交变载荷下船体结构典型节点的疲劳寿命。     

防风网结构风振疲劳特性研究

针对某港实际工程．采用有限元方法对防风网结构在脉动风荷载作用下的动力响应进行分析，并根据瞬态动力分析的结果，找出防风网结构应力疲劳最危险的单元。结合疲劳分析的基本理论，应用雨流法统计最危险单元的应力时程，得到应力循环次数及应力幅大小，根据Miner线性累积损伤准则编写ANSYS的风振疲劳程序．计算得到防风网结构的疲劳寿命。根据实际工程，验证设计风速为26．8m／s持续作用下防风网结构的疲劳寿命。     

焊接残余应力对船舶减振支架振动疲劳寿命影响分析

船舶减振支架是一种具有优良减振性能的隔振装置,使用弹性体将柴油机和齿轮箱等会发生振动行为的设备固定在减振支架上,能够有效防止设备在使用过程中因振动而对船体造成损伤。由于振动疲劳的影响,极易导致船舶减振支架结构在工作过程中突然发生疲劳断裂事故。本文首先对船舶减振支架进行有限元模态和频率响应分析,得到结构应力较大部位。然后,基于功率谱密度(PSD)法和Miner线性累积损伤理论对支架结构未考虑残余应力的振动疲劳寿命进行分析,得到结构易发生振动疲劳破坏的关键部位。最后,根据试验测得的焊接残余应力对S-N曲线进行修正,得到考虑不同焊接残余应力影响的减振支架振动疲劳寿命。研究结果表明:焊接残余应力对支架结构振动疲劳寿命的影响较大,应尽量降低或消除支架结构关键部位的有害焊接残余应力。     

在役港口起重机金属结构疲劳寿命估算方法研究

介绍了港口起重机金属结构疲劳寿命估算的原理和方法,即现场采集数据,应用雨流法对数据进行后处理分析,然后根据材料的P-S-N曲线获得测点部位的疲劳寿命,最后采用Miner线性累积损伤理论对金属结构的疲劳寿命进行估算.     

LNG船纵骨端部表面裂纹疲劳扩展寿命计算

基于断裂力学的裂纹扩展方法预报液舱纵骨端部的疲劳寿命。采用有限元软件对液舱纵骨端部节点处表面裂纹应力强度因子进行系列计算,并在BS7910经验公式的基础上拟合出趾端的应力强度因子修正系数经验公式。将采用该公式得到的结果与有限元计算结果相对比,结果表明二者能较好地吻合,该公式可应用到类似端部结构裂纹扩展应力强度因子的计算中。按挪威船级社(Det Norske Veritas,DNV)规范的要求组合热点主应力幅值,并按降序对各载荷块构造液舱疲劳热点载荷谱,结合修正公式系数经验计算液舱纵骨端部趾端的裂纹扩展寿命,预报的疲劳寿命满足要求。     

FPSO典型节点疲劳寿命分析

FPSO在服役期间长期承受由波浪等引起的不断变化的交变载荷,为保证其安全工作,有必要对FPSO进行疲劳寿命分析。首先选取FPSO的舭部与船底连接处(典型节点一)以及肋板与纵舱壁连接的肘板趾端(典型节点二)作为疲劳校核的典型节点部位;然后通过建立典型节点一和典型节点二精细网格有限元模型进行局部应力分析,由线性插值法得到典型节点处的热点应力;最后基于双壳油船共同结构规范(JTP)中的S-N曲线疲劳分析方法,对两处典型节点进行疲劳寿命分析,得到疲劳寿命满足船东50年寿命要求的结论。     

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。     

随机海况下的船体结构疲劳裂纹扩展

传统的疲劳问题一般都是采用S—N曲线及Miner累计损伤理论进行的,文章在基于断裂力学的基础上,通过权函数法来计算应力沿裂纹面的非线性效应力强度因子,鉴于船舶在海洋环境中受到载荷的随机性,充分考虑加载次序、过载峰和应力比等对裂纹扩展的影响,给出了船舶结构疲劳裂纹在随机载荷下的扩展寿命的计算过程。     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测。因此,文章重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法。采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命。文中算例表明了该方法的实用性和简便性。     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。     

深水钻井船结构疲劳强度分析

对深水钻井船进行研究,采用疲劳评估方法中的谱分析法对深水钻井船的结构疲劳强度进行评估计算分析。对全船进行有限元分析,得到应力响应传递函数,从而得到应力范围的短期和长期分布,通过选择适当的S—N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原理,计算得到热点的疲劳累积损伤度,从而得到疲劳寿命。     

基于有限元模型深海潜航器观察窗受力分析

大深度载人潜航器观察窗作为驾驶员观察周围环境的窗口,其受力情况复杂,直接影响整机的安全性,针对其受力情况进行分析.在传统理论分析方法的基础上,提出适用于锥台形观察窗位移、应力分析的方法,建立相应的位移和应力的理论分析模型,对2种边界条件下的位移和应力进行分析;利用有限元分析软件,对比理论计算和有限元分析结果,分析无网格和有网格2种方法的差异与优劣;建立观察窗位移试验台,对主、侧观察窗的轴向位移开展试验研究,并对试验结果进行分析拟合,最后将试验拟合结果与理论计算和有限元分析结果进行对比.对观察窗的Fatigue Life进行分析,分析的疲劳寿命结果代入Miner理论公式中,计算大观察窗和小观察窗的疲劳损伤情况.结果表明:理论计算结果可以较好地反应观察窗上的位移分布,有限元分析结果偏大;主观察窗的使用寿命为26432 Circle,侧观察窗的使用寿命为21359 Circle.     

西非海域FPSO多点系泊系统的疲劳寿命分析

文章首先采用三维频域理论分析西非海域FPSO的水动力性能,得到船体各自由度的运动响应,慢漂载荷,附加质量和势流阻尼等;随后,利用分块法将波浪散点图离散为若干个海况,基于准动态方法对多点系泊系统进行分析,得到各海况下船体的漂移和各系泊缆的张力;最后,结合前两步的计算结果,采用T-N曲线,雨流计数和Miner线性累计损伤理论对系泊缆的疲劳寿命进行预报。研究结果表明,各系泊缆的疲劳寿命沿长度方向的分布趋势基本一致,锚链顶端和触底部分的疲劳寿命较短。此外,西非海域的涌浪对系泊缆的疲劳损伤较大,系泊设计时应予以重点关注。     

碎石桩施工平台升降液压缸静强度及疲劳寿命的仿真分析

根据碎石桩施工平台各运行工况及载荷谱,用ANSYS Workbench15.0软件获得升降液压缸所受应力、变形、疲劳寿命及安全系数的仿真数据。结果表明,升降液压缸在20年设计寿命内具有足够的静强度,且在12年共经历1 200个周期循环载荷的作用下,该升降液压缸具有足够的疲劳强度,而在随后8年(累积2000个周期循环载荷)的运行过程中,升降液压缸极有可能发生疲劳破坏。上述分析方法与结果可为升降液压缸的结构改进、预期维修以及其他液压缸的性能分析提供参考依据。     

薄膜型LNG船全船结构屈服和疲劳强度分析

以某薄膜型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船的结构设计为例，开展全船屈服强度校核和基于精细网格的有限元疲劳强度分析。针对5种典型装载状态，基于美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）全船强度直接计算指南，采用ABS-DLA/SFA系列软件，用三维波浪载荷预报程序对波浪随机载荷进行长期预报。基于预报结果，针对每种装载状态计算15个设计波参数组，求解全船结构在各载荷组合工况下的应力分布，继而完成屈服强度校核。以甲板机械室与穹顶甲板相交处的关键节点区域的节点设计为例开展细网格局部强度分析，并通过各种改进设计解决应力集中问题。针对2种常用典型操作装载状态及营运于北大西洋海区疲劳寿命满足40a的要求，基于ABS全船疲劳强度直接计算指南计算2个典型细化位置热点应力传递函数，通过谱分析得到疲劳累积损伤和疲劳寿命，完成疲劳强度校核。采用的全船强度和疲劳分析方法和思路适用于其他超大型船舶的结构分析。