潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高，潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大，潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊接焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视，但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯结合应力，在分析了平行于裂纹面的应力，曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为，潜艇锥柱结合壳焊距表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式，在此基础上提出了一套能考虑焊距的外应力集中以及爆接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法，对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算，计算结果表明，本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的，但在推向实用之前还需要做更多的实验验证。     

潜艇耐压液舱结构破坏原因及加强形式探讨

耐压液舱区域的耐压壳体在外载荷作用下发生破坏,其破坏原因与相邻耐压壳体的受力相关,相邻耐压壳体的变形对其影响往往很大。在吸收现有潜艇耐压液舱结构理论计算方法、有限元分析和试验研究的基础上,对其结构破坏原因及加强形式进行了探讨。     

压弯应力下焊趾表面裂纹疲劳性能试验研究

潜艇耐压壳锥柱焊接过渡结构所受的应力特征为压弯组合应力，该处是潜艇耐压壳疲劳的热点区域。弄清楚压弯组合应力作用下成一定角度对接的焊接板结构试析的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。本文提出用焊接角度板轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇结构耐压壳锥－柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究了焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出了高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。     

某型潜艇开孔修补方案的分析

针对潜艇耐压壳体误开孔的修补方案，采用有限元分析法，对潜艇耐压壳体的变形和应力进行计算。通过对计算结果的分析以及对两个施工方案的评估，肯定了该型潜艇的修补方案，为后期开展类似的舰艇维修积累了经验。     

潜艇锥柱典型节点表面裂纹扩展数值模拟

锥柱结合处是潜艇结构疲劳破坏的热点区域。本文以潜艇锥柱结合壳结构典型节点为研究对象,以断裂力学为理论基础,使用APDL语言对ANSYS软件进行2次开发,分析潜艇耐压壳结构典型节点表面裂纹在交变载荷作用下的扩展过程,并与试验结果进行对比,结果表明本方法可较好地模拟表面裂纹的疲劳扩展。     

在随机载荷作用下用断裂力学法估算潜艇耐压壳体的疲劳寿命和裂纹尺寸

潜艇在上浮下潜的过程中承受着反复作用的由外部水压力所产生的随机载荷,耐压壳体面临着疲劳破坏。本文引入了潜艇的疲劳载荷谱,模拟了潜艇随机载荷历程,并对一次载荷历程估算了疲劳寿命;同时模拟了100次载荷历程,分别对疲劳寿命和裂纹尺寸进行了统计,结果表明裂纹的疲劳寿命符合威布尔分布,裂纹扩展尺寸服从对数正态分布。该结论与目前疲劳可靠性分析中使用的对数正态分布模型和威布尔分布模型相一致。     

潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性研究

举艇耐压圆柱壳是潜艇承受外载的主要结构,其失效模式多种移样,而且相互关联,因此,潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析是一个多复杂、相关问题的可靠性分析问题,本文从潜艇耐压圆柱壳的失效模式建立到总体及各种失效模式的可靠性大小计算,建立了一套计算潜艇耐压圆柱壳结构可靠性的分析。编制了潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性分析计算机程序,并以具体潜艇耐压圆柱壳结构进行了可靠性分析,从其对耐压圆柱壳的计算结果可以看出,潜艇耐压圆柱壳结构的失效概率并不等于各失效模式的失效概率之和,这不同于Ｆａｕｌｋｎｅｒ做出的求和理论假定。本文的潜艇耐压圆柱壳可靠性分析,为多模态失效的系统可靠性计算开辟了新的途径,对潜艇耐压圆柱壳结构的可靠性设计提供了一定的理论基础。     

耐压船体结构典型接点疲劳寿命评估

潜艇在潜浮过程中,由于静水外压引起的工作应力与焊接残余应力叠加,形成拉压循环应力,导致耐压船体的局部结构可能出现低周疲劳裂纹.一般情况下,高强度钢在抗拉强度提高的同时往往伴随着材料塑性储备和断裂韧性的下降,因此分析高强度钢潜艇结构的低周疲劳寿命非常重要.本文基于断裂力学和Paris公式建立了潜艇耐压结构低周疲劳寿命的工程估算方法,根据裂纹无损检测的概率统计和含裂纹圆柱壳极限应力分析,给出了初始裂纹和裂纹临界状态的建议值.应用本文的简化方法分析了某潜艇结构和锥柱结合壳模型的低周疲劳寿命,锥柱结合壳模型的数值算例表明本文的计算结果与试验测试结果相吻合.     

用裂纹扩展随机模型估算潜艇耐压壳体的疲劳寿命

用Paris公式预测以时间为函数的疲劳裂纹扩展,要考虑很多不确定因素,问题十分复杂.本文引用了考虑裂纹尺寸变异性的裂纹扩展随机模型,估算了潜艇的耐压壳体在不同循环次数下疲劳热点的疲劳寿命,并将结果与使用建立极限状态方程的一阶二次矩法估算的疲劳寿命进行了比较和分析.     

考虑焊接残余应力释放的结构疲劳寿命分析方法研究

焊接残余应力对于焊接结构的疲劳寿命产生很显著的影响,同时循环载荷作用下焊接残余应力会出现释放现象,因此有必要对焊接件疲劳寿命预测方法进行研究.基于改进的McEvily疲劳裂纹扩展速率模型,同时结合课题组研究得到的AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,提出考虑焊接残余应力释放的结构物疲劳寿命计算方法.随后,以潜艇锥柱耐压壳的疲劳为例,详细阐述了本文提出的疲劳寿命分析方法的计算流程.考虑耐压壳焊接顺序影响,分析了含半椭圆表面裂纹的锥柱耐压壳疲劳寿命.对比文献的试验结果,表明焊接结构疲劳寿命计算公式有较好的预测效果,可以用于评估带表面裂纹焊接件在拉伸循环载荷作用下的疲劳寿命.     

Fatigue damage in the side shells of ships

More than 40% of the registered fatigue cracks in ship structures are observed to occur in the side shell, more specifically in the connections of longitudinals to transverse web frames. The fatigue damage is caused partly by vertical and horizontal wave-induced hull bending and partly by outside water pressure on the side shell. Due to the non-linear nature of the outside water pressure the fatigue damage of the combined stress cannot be solved via a traditional frequency domain analysis. This paper solves the combination problem by application of a realistic wave model. The proposed model is used to analyze a segregated ballast tanker, and the results are compared to previously registered fatigue cracks. The analysis shows that it is very important to include the water pressure in the fatigue analysis, as this accounts for the majority of the expected fatigue damage. The analysis is performed for both I-shaped and L-shaped stiffeners.     

海底管道的疲劳失效分析

由于多种原因在役海底管道的某些管段往往会形成具有一定长度的悬跨,悬跨在波浪和海流的共同作用下会发生振动,最终可能导致管道的疲劳失效.从海底管道疲劳寿命计算和疲劳失效分析人手,重点介绍应用ANSYS有限元软件分析海底管道的疲劳问题的方法,可供类似工程借鉴与参考.     

耐压锥柱结合壳疲劳寿命有限元预测

本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立锥柱结合壳有限元分析模型,经计算,疲劳寿命结果与试验数据相符,而局部应力-应变法估算的疲劳寿命误差较大.本文最后得出用有限元方法估算疲劳寿命不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数,进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用.     

不同主压载水舱状态下的双层圆柱壳冲击响应分析

对潜艇结构冲击响应（压力）的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据。以双层圆柱壳为基础,建立有限元模型。利用仿真算法计算当双层圆柱壳结构在主压载水舱状态改变时,耐压壳与非耐压壳的压力响应,并对压力响应进行了分析。通过数据分析表明：主压载水舱的状态对潜艇主要结构响应有很大影响,尤其是对耐压壳、非耐压壳的压力响应及冲击波过后结构响应的衰减方式、频率都有明显影响。     

8530TEU集装箱船舱口盖局部结构疲劳分析

对集装箱船舱口盖的局部结构疲劳载荷计算进行分析,基于S-N曲线提出疲劳寿命的分析方法,并对某8530TEU集装箱船的典型舱口盖结构进行计算,根据结果对结构作有益的改进。     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.