船舶典型节点疲劳强度试验及S-N曲线拟合方法研究（英文）

疲劳评估的关键问题是S-N曲线的选取,对于某些结构复杂的大型船舶特有的结构形式,现有规范没有合适的SN曲线。为了更合理准确地进行结构疲劳强度研究,本文选取某型具有复杂结构的船舶,用实尺度模型试验的方法研究几种典型节点的S-N曲线特性。通过全船有限元谱分析疲劳强度计算,筛选出疲劳问题重点关注区域,确定模型试验部位;根据疲劳问题严重区域的实船结构,设计加工典型节点实尺度疲劳试验模型;确定多个加载工况,进行典型节点疲劳强度试验,获取典型节点多种载荷工况下的疲劳寿命值,在此基础上,研究得到各节点S-N曲线及P-S-N曲线;应用试验所得P-S-N曲线,对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,并与规范S-N曲线结果进行了对比,指出了它们的差异。     

上层建筑端部结构疲劳试验与分析研究

疲劳评估的关键问题是选取准确的S-N曲线,为合理预报特殊部位结构的疲劳寿命,需要对特殊结构的S-N曲线进行验证,有效的验证手段是采用模型试验的方法进行研究。通过全船有限元分析计算,分析主要部位的应力分布情况,选取模型试验目标结构。根据关心区域的实际结构形式,结合试验条件设计目标节点疲劳强度试验模型。根据试验结果,以双对数线性模型进行S-N曲线绘制,并与规范S-N曲线进行比较,选取接近的S-N曲线对目标节点进行疲劳寿命预报。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。     

大型LNG船舶结构疲劳强度评估研究

基于S-N曲线和Miner-Palmgren线性累计损伤理论,根据BV船级社规范以及GTT文件要求,针对大型No96薄膜型LNG船舶开展了结构疲劳强度评估研究.评估了某150 000 m3 LNG船典型中横剖面的纵骨与横向主要支撑构件的相交处节点的疲劳强度,除两个节点外都满足40年的疲劳寿命要求.讨论了通过改进疲劳节点的结构形式来提高疲劳寿命的方法.     

船体结构典型节点疲劳模型试验

船体结构建造过程中存在一定程度的不确定性,同时在实际应用中可选择的S-N曲线是有限的,假设都采用规范推荐的S-N曲线计算疲劳寿命,其计算值必将与真实值产生一定程度的差异,因此有必要对船体结构典型节点进行疲劳模型试验。本文采用模型试验的方法对船体结构2种典型节点形式的疲劳特性,以及试验模型的设计、试验数据的处理方式及试验结果进行研究,得出的方法和结论对船体结构典型节点的疲劳模型试验具有参考意义。     

船体结构S-N曲线选取方法

疲劳失效是船体结构破坏的主要模式之一。可采用S-N曲线法计算船体结构的疲劳寿命,S-N曲线的选取是该方法的关键内容之一。由于实际应用中可供选择的S-N曲线有限,无法全面涵盖所有类型的节点,规范中S-N曲线对于新型节点形式的适用性有待进一步研究。本文对S-N曲线的类型因子进行研究,提出采用热点应力集中系数选取S-N曲线的一般原则。并计算2种典型节点的应力集中系数,将其与规范值进行比较,发现计算值普遍小于规范值,按规范计算所得的疲劳寿命将趋于保守。     

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。     

复杂舱室船舶节点结构疲劳强度评估方法研究

由于使命或功能要求的不同,有些船型具有复杂的舱室划分和结构,其节点的结构形式和数量众多,在设计分析过程中发现节点的应力集中和疲劳问题突出.因而,在对具有复杂舱室的船舶进行疲劳强度评估时,需要考虑的疲劳校核部位相应增多.针对疲劳校核部位选取的问题,本次研究提出基于全船有限元基本网格节点进行疲劳节点筛选的方法.另外,本文以由上述筛选方法筛选出的船舶强框架结构位置处的热点为例,给出了该结构处圆弧过渡位置的4种细化方式;并参照中国船级社2015版《船体结构疲劳指南》,给出了复杂舱室船舶节点结构疲劳强度评估的整套方法.     

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。     

基于谱分析的自升式平台疲劳强度评估方法研究

疲劳损伤是大型海洋平台结构破坏的主要模式之一,在结构设计阶段进行疲劳强度安全性评估是十分必要的。本文以一自升式平台为例,通过对其疲劳载荷进行直接计算,基于S-N曲线和Miner疲劳累计损伤机理,采用谱分析方法对典型节点进行了疲劳强度分析。本文方法为自升式平台的疲劳强度评估提供重要的参考意义。     

实用船舶结构疲劳评估方法概要

船舶结构的疲劳评估是船舶力学的主要研究领域之一。本文对常用的船舶结构疲劳评估方法——船级社提出的简化方法、谱分析法、设计波法、断裂力学方法,以及概率S-N曲线和概率断裂力学方法进行了概述。首先分别对每种方法中的关键技术细节进行了较为详细的论述,给出了这些技术细节当前的处理方法及存在的主要问题。最后,对各方法进行了总结和概括,指出了每种方法的优缺点,并给出了每种方法未来的研究重点和发展方向。     

国内外规范中S-N曲线对比分析

各国船级社规范中通常采用S-N曲线法对船舶和海洋结构物的疲劳寿命进行计算,不同S-N曲线计算得出的疲劳寿命也有所差异。通过对比国内外船级社和焊接协会的S-N曲线,系统分析了S-N曲线的表达形式、参数、存活率、板厚修正方法及平均应力修正方法等方面的内容,对比了相同焊接型式在S-N曲线选择和疲劳寿命计算上的差异,可以看出不同规范计算所得的疲劳寿命差异较大。通过对相关规范中S-N曲线的共性规律和差异性的对比分析,以期为船舶结构疲劳强度计算提供参考依据。     

Determination of structural stress for fatigue assessment of welded aluminum ship details

The main objective of this paper has been to review and to verify already published hot-spot stress extrapolation procedures for plate structures, and to develop and verify a new and general method for the structural stress extrapolation to be used together with a hot-spot design S-N curve for aluminum ship structures. The proposed extrapolation method has been based on the asymptotic behavior of the stresses adjacent to an idealized notch (‘singularity’). On basis of the fatigue test S-N data obtained in this study, relevant S-N curves to be used together with a proposed extrapolation procedure and with already published extrapolation methods have been suggested. A hot-spot design S-N curve with a characteristic strength of 32 was suggested as a suitable choice for the fatigue assessment of profile ground fillet welded stiffener/bracket connections while a design hot-spot design S-N curve with a characteristic strength of 25 was suggested for as-welded stiffener/bracket connections.     

基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的＂奇异权函数法＂和＂奇异等效裂纹法＂的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的＂奇异应力集中系数＂函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的＂奇异应力等效取值点＂的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。     

超大型集装箱船纵骨屈服强度和疲劳强度的计算与分析

纵骨的屈服强度和疲劳强度对于集装箱船十分重要,在设计建造阶段准确有效地评估连接处的屈服强度和疲劳强度具有重要意义。文章基于梁系理论和S-N曲线法,根据德国船级社(GL)和法国船级社(BV)的船体结构规范,对超大型集装箱船纵骨与主要支撑构件连接处的屈服强度和疲劳强度进行校核,将结果进行比较和分析,并提出合理化建议。     

基于谱分析法的大型集装箱船疲劳强度评估

本文采用谱分析法对船舶进行疲劳强度评估,论述了谱分析法的基本原理.以1艘大型集装箱船为例,利用MSC.Patran软件进行全船有限元建模,采用三维线性势流软件Compass-Walcs进行波浪载荷计算,通过PCL语言完成波浪载荷及舱室惯性力的自动加载,结合S-N曲线和Miner线性累积损伤理论对大型集装箱船的典型部位进行疲劳强度评估.     

大型船舶结构的疲劳强度校核方法

传统的船舶结构疲劳强度校核一般只考虑高周疲劳而忽略了低周疲劳。随着船舶结构向大型化发展以及最近海损事故的发生,低周疲劳问题引起了船舶行业的广泛关注。Urm等人于2004年对装卸载引起的油轮船体结构的低周疲劳问题进行了研究,并给出了计算方法,但具体的计算结果没有给出,许多问题没有解决,因此有必要对船舶结构低周疲劳的原因及校核方法进行深入的研究。针对这一问题,首先分析了引起船舶结构低周疲劳的原因;其次,对现有的S-N曲线外推得到低寿命区S-N曲线的可行性进行了分析,并将外推得到的低寿命区段曲线和经过试验验证的低周疲劳寿命曲线进行了比较;最后分析了波浪载荷等引起的小幅疲劳载荷以及满载和压载引起的大幅疲劳载荷导致的疲劳损伤的相互作用,从而提出了一种非线性累积计算模型。     

船体典型结构局部强度考核试验模型设计

针对船体舱段模型典型结构,设计易于实际操作实施的缩比模型试验方案;通过有限元软件对板架水下爆炸响应进行分析．对比各个缩比模型在水下爆炸载荷作用下的响应规律．寻找为完成不同试验目的而设计的最佳试验方案。数值分析结果表明：纵桁和实肋板梁模型在水下爆炸作用下的动力响应可验证梁在爆炸冲击载荷作用下的理论分析方法,十字交叉梁塑性变形可验证实船板架结构中交叉梁系的结构动力响应分析方法。双层底板架结构的塑性变形可对舰船局部强度考核的理论分析提供基础,缩比模型计算结果与实船较为一致。计算结果对舰船型号研制和强度考核具有理论指导意义。     

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。