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。     

半潜式平台横向开闭极限强度的时变可靠性分析

为了研究疲劳和腐蚀对半潜式平台结构极限强度可靠性的影响,文章改进了Smith方法,使之能够用于计及撑杆整体失稳的半潜式平台对开、对闭的极限强度计算;基于随机过程理论,建立计及疲劳和腐蚀作用的平台结构极限强度随机时变模型;针对某半潜式平台,建立波浪载荷和静水载荷随时间的变化模型,使用并联系统方法计算平台结构的时变可靠性,并与年度瞬时可靠性进行比较.     

考虑检测维修更新的船体梁时变可靠性分析

目前对服役期内船舶时变可靠性的分析,主要考虑疲劳和腐蚀这两类损伤随时间累积对剖面模数的影响,但很少考虑检测维修因素对损伤的修复作用.本文以某疏浚船为例,通过Matlab软件编程,以船体梁总纵强度为分析对象,建立极限状态方程,定量计算疲劳和腐蚀随时间对剖面模数造成的折减,并定量分析了疲劳裂纹和腐蚀板件检测维修的影响,对船舶的时变可靠性进行分析.计算结果表明,疲劳裂纹和腐蚀损伤随时间累积均会引起船体梁时变可靠度降低,且腐蚀是时变可靠度降低的主要因素;对裂纹和腐蚀板件的检测维修能恢复船舶的可靠度,时变可靠度恢复的效果与裂纹检测精度和腐蚀板件最小允许折减量比率有关.建议在后续研究中将对损伤的检测维修因素纳入分析.     

腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究现状与展望

对考虑腐蚀、疲劳损伤影响下船体结构可靠性分析层面的研究现状进行梳理和概述。通过综述发现:近年来,船体结构可靠性分析的对象已由拟建船体向现役船体结构方向扩展,且研究重心开始由腐蚀、疲劳损伤单一影响下的可靠性分析向两者交互作用影响下的可靠性分析方向发展。未来开展腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究工作的重点将主要体现在以下4个方面:1)点蚀损伤船体结构破坏机理及对应的评估方法研究;2)腐蚀、疲劳损伤交互作用下的船体结构破坏机理研究;3)基于有限的实船损伤勘验数据,开展合理、可行的可靠性评估方法研究,进行船体结构全寿命周期内综合损伤下的可靠性分析;4)建立不同服役环境、服役期限的实船腐蚀、疲劳损伤数据库。     

考虑腐蚀与疲劳损伤的船体总纵极限强度与可靠性分析

本文定量考虑了腐蚀与疲劳两类损伤对船体结构随时间变化的情况,并建立了船体总纵极限强度与时变可靠性的计算方法。对一条实船的分析说明,腐蚀和疲劳损伤虽然短时间内的破坏并不显著,但积累到一定程度,对船体结构的影响相当大。采用可靠性评估的方法,对船体总纵强度的安全水平可作出合理的评价。     

考虑检测维修更新的船体梁时变可靠性分析

目前对服役期内船舶时变可靠性的分析,主要考虑疲劳和腐蚀这两类损伤随时间累积对剖面模数的影响,但很少考虑检测维修因素对损伤的修复作用。本文以某疏浚船为例,通过Matlab软件编程,以船体梁总纵强度为分析对象,建立极限状态方程,定量计算疲劳和腐蚀随时间对剖面模数造成的折减,并定量分析了疲劳裂纹和腐蚀板件检测维修的影响,对船舶的时变可靠性进行分析。计算结果表明,疲劳裂纹和腐蚀损伤随时间累积均会引起船体梁时变可靠度降低,且腐蚀是时变可靠度降低的主要因素;对裂纹和腐蚀板件的检测维修能恢复船舶的可靠度,时变可靠度恢复的效果与裂纹检测精度和腐蚀板件最小允许折减量比率有关。建议在后续研究中将对损伤的检测维修因素纳入分析。     

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。     

含坑点腐蚀的壳体有限元方法

建立了坑点腐蚀壳板的分层模型(腐蚀层+完好层),求出了腐蚀层的等效材料常数(等效弹性模量和等效泊松比).开展了坑点腐蚀的应力集中分析,坑点腐蚀壳板的应力集中可分为薄膜应力集中和弯曲应力集中.以超参数壳元为基础推导了坑点腐蚀壳体单元,导出了坑点腐蚀壳体单元的刚度矩阵和等效结点载荷向量的有限元表达格式,单元刚度矩阵通过沿壳体厚度方向的分段积分求得,在积分时腐蚀层的材料常数取力学等效的材料常数,在计算单元等效结点载荷向量时考虑了由腐蚀引起的偏心载荷,在求解单元应力时考虑了坑点腐蚀应力集中的影响,并对应力进行了相应修正.     

在面内压力作用下点腐蚀低碳钢板的非线性有限元分析(英文)

无论是军船还是民船,船体及主要结构构件表面的点腐蚀对于船舶结构强度和安全性都有较大的破坏作用.文中采用系列非线性有限元计算研究了点腐蚀对于低碳钢板极限抗压强度的影响,模型中计及板初始缺陷的影响,详细讨论了板和点腐蚀物理、几何特性的变化对于板极限承载能力的作用.研究发现在众多影响因素中(例如点腐蚀的直径和深度、板的柔度系数等),点腐蚀密集度指标DOP对于板的极限承载能力有主要和直接的影响.此外,在腐蚀环境恶劣的情况下,厚低碳钢板的使用不一定如预期的那样能延长其使用期限.     

船舶结构钢海洋环境点蚀模型研究之二:实船蚀坑形态与径深比时变模型

文章基于点蚀生长原理与实船蚀坑形态检测数据,对船舶受点蚀构件的两类主要蚀坑的形态、形成机制及其随船龄演化情况作了大致描述.认为遭受点蚀船舶构件的蚀坑形态与其所处位置、服役时间等密切相关;两类蚀坑形态差异的原因在于其各自点蚀进程中的具体控制因素及相应的影响程度存在较大区别.论述证明将点蚀蚀坑径深比处理成随时间变化的函数是有理论和事实依据的;并与点蚀深度模型相结合,依据Yamamoto实测散货船货舱区肋骨蚀坑数据建立了相应的蚀坑径深比时变模型.     

点蚀板在纵向压力下的极限强度研究

本文着眼于老龄化船舶结构上的局部点状腐蚀和整体点状腐蚀,利用非线性有限元软件分析了超过100个船体板结构的极限强度。研究了蚀坑形状、蚀坑位置、蚀坑大小、蚀坑深度和板的柔度对含局部点状腐蚀船体板的极限强度的影响,蚀坑分布、板的柔度和腐蚀体积对含点状腐蚀船体板的极限强度的影响。拟合出了单面、双面局部点状腐蚀下的船体板极限强度折减公式,单面、双面点状腐蚀下的船体板极限强度折减公式。并得到同时适用于局部和整体点状腐蚀板极限强度的公式。     

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。     

含点蚀损伤船体加筋板在纵向压力下的极限强度

针对老龄化船舶结构上的点状腐蚀,利用非线性有限元方法进行计算,分析304个船体加筋板的极限强度,探讨带板柔度、加强筋柔度、腐蚀面积比和腐蚀深度比对纵向压力下含点蚀损伤船体加筋板极限强度的影响,拟合出点状腐蚀下船体加筋板极限强度折减公式并对其适用性进行验证,研究结果具有一定的工程参考意义和价值。     

An overview of maintenance management strategies for corroded steel structures in extreme marine environments

Maintenance is playing an important role in integrity management of marine assets such as ship structures, offshore renewable energy platforms and subsea oil and gas facilities. The service life of marine assets is heavily influenced by the involvement of numerous material degradation processes (such as fatigue cracking, corrosion and pitting) as well as environmental stresses that vary with geographic locations and climatic factors. The composition of seawater constituents (e.g. dissolved oxygen, salinity, temperature content, etc.) is one of the major influencing factors in degradation of marine assets. Improving the efficiency and effectiveness of maintenance management strategies can have a significant impact on operational availability and reliability of marine assets. Many research studies have been conducted over the past few decades to predict the degradation behaviour of marine structures operating under different environmental conditions. The utilisation of structural degradation data – particularly on marine corrosion – can be very useful in developing a reliable, risk-free and cost-effective maintenance strategy. This paper presents an overview of the state-of-the-art and future trends in asset maintenance management strategies applied to corroded steel structures in extreme marine environments. The corrosion prediction models as well as industry best practices on maintenance of marine steel structures are extensively reviewed and analysed. Furthermore, some applications of advanced technologies such as computerized maintenance management system (CMMS), artificial intelligence (AI) and Bayesian network (BN) are discussed. Our review reveals that there are significant variations in corrosion behaviour of marine steel structures and their industrial maintenance practices from one climatic condition to another. This has been found to be largely attributed to variation in seawater composition/characteristics and their complex mutual relationships.     

CFRP修复的FPSO点蚀船体梁极限强度分析

采用非线性有限元法对中拱和中垂工况条件下碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)修复的浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)点蚀船体梁极限强度进行仿真分析。对比FPSO的完整船体梁、点蚀船体梁和CFRP修复的点蚀船体梁的中拱极限弯矩和中垂极限弯矩，分析CFRP对FPSO点蚀船体梁的修复效果，并分析胶层失效规律。结果表明，CFRP可为船舶的高效修复提供一种新的方式。     

船体结构腐蚀模型对检测及维修规划的影响

提出了基于风险的船体结构腐蚀优化检测及维修的基本理论框架.最优的检测及维修,是在保证结构在设计工作寿命内的可靠指标大于最低可靠指标的基础上,使结构生命周期内总的期望费用最小.建立了检测、维修及失效事件的安全余量方程,推导了失效及维修概率的计算公式.在此基础上,以船体结构两种常用的腐蚀模型Paik模型和Guedes Soares模型为例,分析了两种模型对最优检测及维修策略的影响.其结果表明,腐蚀模型对最优的检测及维修次数和时间有明显的影响,但是对总的期望费用及失效概率影响不大,而且两种腐蚀模型得出的最优失效概率都是10-3.     

316L不锈钢液货管发生点蚀的原因分析

通过分析316L奥氏体不锈钢管材发生点状腐蚀的特性,揭示316L不锈钢在海洋环境下造成点蚀的主观因素及客观因素,以及如何保养316L不锈钢管延长其使用寿命,完善不锈钢材料在船舶领域使用的规范性。文章介绍了不同质量分数氯离子的溶液及不同环境温度316L奥氏体材料的腐蚀速率,得出随着氯离子质量分数的增加及环境温度升高材料加速腐蚀的特性。     

船舶结构钢海洋环境点蚀模型研究之一:最大点蚀深度时变模型

腐蚀是导致老龄船舶结构失效的主要原因之一.结合基本点蚀原理,本文对碳钢、低合金钢海水全浸带点蚀的主要影响因素、具体点蚀进程做了简要解释与评述.针对我国船舶结构常用碳钢、低合金钢的实海腐蚀试验观测数据建立了新型Weibull函数形式的点蚀最大深度模型.通过对比验证,证明采用Weibull函数表示点蚀最大深度随时间变化关系是合适的.