低温钢的平面自动焊

日本安冈俊树等著文认为,要建造沸点为-45℃的液化石油气(LPG)船和在北极-60℃条件下工作的海洋结构物,就必须开发具有良好低温韧性的单面自动焊工艺。他们着重就-50～-60℃低温钢单而自动焊施工工艺参数对焊接接头低温韧性的影响作了阐述。     

LPG燃料罐用钢VL4-4的成分和性能研究

为了保证LPG燃料罐罐体在低温高压环境下的稳定性和安全性,对LPG燃料罐用钢的化学成分进行设计并详细分析了母材组织特征和力学性能,重点研究了钢板焊接工艺和焊接接头的组织及性能.结果表明:LPG燃料罐钢板VL 4-4低温钢板冲击韧性优异,-60～-100℃低温冲击功>250 J,无塑性转变温度(NDTT)值≤-100℃,焊接接头强韧性良好,钢板综合性能优异,完全满足LPG燃料罐建造要求.     

复杂工况下拉杆结构应力分析及优化设计

分析了复杂恶劣工况下取料机头部拉杆结构的受力及应力,针对北方冬季低温的特殊情况及实际运行中的结构受损问题,提出优化改进设计。实际应用表明,该优化设计可提升设备安全运行性能。     

远场爆炸潜艇典型舱段冲击响应

应用Autodyn有限元计算程序,建立潜艇典型舱段在1 000 kg TNT当量装药水下爆炸,潜艇壳体距爆炸中心30 m,60 m,120 m,180 m四种工况条件下的潜艇壳体损伤及潜艇典型位置冲击环境。计算结果表明,远场爆炸条件下,潜艇壳体迎爆面一般不会出现塑性损伤,潜艇舱室隔板是应力最大的部位。30 m,60 m,120 m,180 m四种工况条件下,潜艇典型位置的速度响应峰值分别为6.5 m/s,4.5 m/s,1.6 m/s和1.0 m/s。     

基于温度及舵力作用的舵叶与舵杆间隙分析

为保证舵叶、舵杆的各项性能达到预期效果，基于某型集装箱船，对舵叶所受舵力进行计算，并对其在舵力作用下的受力情况进行分析。根据相关规范要求，对舵叶与舵杆结构的间隙进行校核，并计算舵杆在温度影响下的位移情况。研究表明：应力最大值出现在舵叶与舵杆配合处，温度对舵杆的位移有较大影响。研究成果可为舵叶与舵杆的设计提供一定参考。     

DH36钢趾端焊接接头低温疲劳试验研究

常温S-N曲线无法满足极地低温环境下船海结构疲劳设计的需要,开展了-60℃条件下的船用DH36钢焊接接头低温疲劳强度试验研究。根据国标准设计DH36钢趾端焊接接头的疲劳标准试件,将试件放置在低温箱内采用热点应力方法进行疲劳热点应力测试,并与有限元计算结果进行对比分析,验证了试验测量的可靠性。试验共测量了两级应力范围水平,每级应力范围水平测量14个试件,基于测得的热点应力范围及疲劳寿命,利用单侧容限系数法得到了不同存活率下的p-S-N曲线,结果表明,低温条件下疲劳寿命符合对数正态分布,低温疲劳寿命高于常温疲劳寿命。     

岸边集装箱装卸桥前伸臂双拉杆拉点的优化设计

在岸边集装箱装卸桥上，采用双拉杆支撑的前伸臂是一种超静定结构，对于这种超静定结构，通过合理地选择双拉杆拉点的位置，可以使得前伸臂上由拉点所分隔的最大应力值相接近，这样，前伸臂上的各段就能充分发挥其自身的作用。由此所获得的各段截面尺寸也应该是较为合理的。基于这一指导思想，本文提出了以追求前伸臂上各段中的最大应力值尽可能相接近为目标的优化设计方法。     

潜艇居住舱室空调送风舒适度数值模拟评估

[目的]潜艇舱室环境普遍较恶劣,需提高居住性,基于此,对采用球形布风器的潜艇舱室的空调送风气流组织进行研究,评估舱室热舒适度。[方法]使用CATIA构建精确程度高的舱室三维模型,采用计算流体力学(CFD)技术,根据实际边界条件,对舱室在夏季水面、夏季水下、冬季水面、冬季水下工况下的送风气流组织进行数值模拟,对使用球形布风器改变送风方向的夏季水面工况送风气流组织进行数值模拟,对各工况下舱室温度及速度分布进行分析对比,对舱室的舒适性评价指标(PMV)值进行计算分析。[结果]结果表明,在各工况下,舱室PMV值在-1～1之间;舱室内大部分区域气流速度分布较为均匀,速度适宜,小于0.3 m/s;舱室大部分区域温度较为均匀,夏季约为24.5～26℃,冬季约为22～23.5℃。[结论]采用球形布风器的潜艇典型住舱空调送风满足舒适性标准要求。     

低温下HTS-A钢疲劳裂纹扩展速率预报方法研究

针对低温下船用HTS-A钢的疲劳裂纹扩展行为,本文采用25 mm厚HTS-A钢CT试样为研究对象,开展常温及不同低温环境下疲劳裂纹扩展试验。在试验研究的基础上,提出包含温度项的改进McEvily公式的低温疲劳裂纹扩展预报方法。结果表明：随着温度的降低,HTS-A钢的疲劳裂纹扩展速率逐渐降低。在-60℃时,HTS-A钢的低温疲劳裂纹扩展速率没有出现低温脆断,试验结果可为船用HTS-A钢低温疲劳设计提供数据参考。同时,分别采用本文HTS-A钢低温试验数据和文献中的钛合金低温试验数据验证低温疲劳裂纹扩展速率预报方法的合理性及正确性,该方法可用于预报不同低温环境下金属疲劳裂纹扩展速率。     

北极海域潜艇浮起操纵控制研究

针对潜艇在北极冰层覆盖或冰间湖海域浮起时的操纵控制，建立基于潜艇可浮海域垂向密度梯度实测数据的浮力模型和无航速浮起操纵模型，并开发了相应的操纵控制软件。以艇体姿态和垂向速度为目标，研究潜艇在北极海域的浮起操纵特性，获得北极海域典型垂向密度梯度条件下的潜艇浮起操纵控制方法。仿真试验表明：利用自身的操艇系统，潜艇能以可控方式在极地海域安全浮起，浮起惯性的有效控制是潜艇浮起操控有效性和安全性的关键因素。     

舵结构强度及舵杆直径敏感性分析

舵是船舶上一个非常重要的舾装件,在设计过程中一般仅对其结构进行规范计算,但要了解其在舵力作用下的变形和应力范围则需要进行有限元强度计算。同时,舵杆是舵结构中一个重要的组成部分,一般只要求其直径满足规范要求,文章针对舵杆和舵杆承座之间间隙随舵杆直径的变化进行了敏感性分析。     

钛合金室温与低温疲劳裂纹扩展速率试验研究

为了明确极地破冰船关键部位钛合金的疲劳裂纹扩展行为,本文以89 mm厚钛合金为试验对象,完成室温以及低温下的疲劳裂纹扩展速率试验。从钛合金的a-N曲线表明随着温度的降低,钛合金的寿命增加;对a-N曲线进行数据处理得到疲劳裂纹扩展速率的双对数曲线。结果表明:在一定应力强度因子内,随着温度的降低,疲劳裂纹扩展速率降低;在-60℃时,断裂韧性降低,在一定应力强度因子以外,裂纹扩展速率提高;在极地正常温度内,可以确定钛合金满足极地低温疲劳裂纹扩展速率要求,但是在-60℃以下的一些极端极地气温下,防止脆性破坏成为疲劳设计的重点;试验数据能为极地破冰船进一步抵抗低温疲劳和冷脆断裂设计提供参考;采用采用所提出的预报公式对钛合金疲劳裂纹扩展速率的中速率区和高速率区进行预报,预报结果显示该预报公式能较好的预报该钛合金的低温疲劳裂纹扩展速率的2个区域。     

局部损伤环肋圆柱壳的强度分析和加强方案

潜艇在服役过程中,可能会因碰撞、搁浅、爆炸等事故,使耐压壳体出现局部损伤。对损伤部位进行合理加强,保证加强后潜艇依然可以下潜到设计深度,对于维持潜艇的战斗力有重要意义。本文以局部损伤潜艇耐压壳体为研究对象,对局部损伤后的强度进行数值计算,并提出加强方案。结果表明,带有局部损伤的环肋圆柱壳与完好状态下环肋圆柱壳相比,最大应力提高;采用加强筋进行局部加强后,壳体的应力指标满足要求。本文提出的加强方案可以在工程中应用。     

锥柱结构焊接残余应力及超声冲击消除的研究

随着高强钢潜艇锥柱结构的广泛应用,影响结构性能的焊接残余应力的测量和残余应力消除的技术备受关注。采用X射线衍射技术对高强钢潜艇锥柱结构内外壳的轴向焊接残余应力进行无损检测。内壳轴向残余应力的分布在焊缝两侧呈双峰形态,均为拉应力,而后随着与焊缝距离的增加,残余应力快速降低;而外壳轴向残余应力在锥端焊趾部分达到最大残余压应力值。还进行了超声冲击消除焊接残余应力前后的对比试验。试验结果表明,超声冲击处理对降低焊缝及近焊缝区的残余应力有很大的益处,残余拉应力经冲击处理后转变为对疲劳强度有利的较大幅值的压应力。     

船舶舵设备可靠性设计

分析船舶舵设备设计中的计算工况、应力计算方法、材料性能、结构尺寸和强度裕度等不确定因素,开展舵设备可靠性设计。结合传统设计方法给出舵设备可靠性设计流程,建立舵系统可靠性模型,提出舵设备可靠性指标确定与分配方法。以舵杆为例进行可靠性设计,获得给定可靠性指标下的舵杆尺寸,并进行随机变量分散性影响分析,结果表明舵杆直径和材料强度的分散性对舵杆失效概率影响非常大,设计和加工时应予以重视。最后对多支撑式不平衡舵的舵销结构提出破损安全可靠性分析方法,并进行算例分析。本文可为高可靠性的舵设备设计提供参考。     

压气机拉杆瞬态应力与紧力分析

为研究压气机转子冷态启动过程中拉杆预紧力的变化规律和拉杆应力的分布规律,建立转子的1/24循环对称有限元模型。考虑拉杆凸台与拉杆孔的接触非线性、轮盘和拉杆的材料非线性以及几何非线性,对转子进行瞬态热固耦合分析,得到拉杆预紧力、拉杆应力在离心力、热载荷作用下的变化规律。结果表明：在离心力作用下,拉杆预紧力减小,拉杆的径向形变使拉杆应力较高;在热载荷作用下,拉杆和转子的温度分布、材料属性的不同使拉杆预紧力呈先增大后减小的变化规律。     

采用有限元方法的舵系受力直接计算

船舶规范中的舵系受力部分通常采用经验公式进行计算,随着科技发展的日新月异,通过有限元软件计算舵杆下舵承处弯矩提供了一种更精确计算舵杆弯矩的方法。直接计算法在船级社认可的前提下,同船级社经验公式相比可以降低舵杆的计算值,有利于提高舵系设计准确性,存在降低建造成本的可能,对造船业有一定价值。     

船体高效舵系统舵结构强度计算方法研究

在船舶高效舵系统中,采用舵杆和套筒对舵叶进行固定和旋转。该系统结构设计的关键是合理的舵杆和套筒结构,目前还没有专门的设计指导方法,为此发展了船体高效舵系统舵杆和套筒结构强度的直接计算评估方法,它可以较准确地预报舵杆和套筒的应力和变形。对一个高效舵系统设计方案进行了计算,开展了套筒厚度优化计算分析,研究套筒壁厚对舵系统各构件的应力和变形的影响,用以指导相关船舶高效舵系统的结构设计。     

哈夫边舵柄结构强度有限元计算

某船边舵柄设计时所取的舵杆与拉杆轴线距离不足造成舵柄与拉杆之间产生干涉现象，为此在舵柄上切削出一个平面，为了保证该哈夫边舵柄在设计载荷作用下有足够的强度，采用有限元方法对其结构强度进行直接计算和校核。     

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。