海上平台大尺度T型焊接管节点的静力与疲劳试验

本文介绍了34只大尺度T型焊接管节点分别在轴载和面内弯曲载荷下的静力和常幅疲劳试验及其结果。试验中应用动应变测量、目测法及变载荷刻痕法观测管节点表面裂纹的萌生及扩展的特征,研究了管节点尺度、参数及载荷形式对疲劳强度的影响,并将试验结果与AWS、API、DnV及基本T曲线等有关设计曲线进行了比较。     

980钢焊接节点疲劳试验

疲劳寿命与材料、节点形式、焊接工艺，以及应力应变水平有关。当交变应力水平超过材料的屈服极限时，疲劳试验载荷作用的频率对疲劳寿命将会影响很大。采用应变控制方式进行疲劳试验，可以降低载荷频率对疲劳寿命的影响。本文根据应力水平大小，分别在应力和应变两种不同的控制方式下完成了980钢板对接焊节点、T型焊接节点和大角度对接焊节点的疲劳试验工作，得到了980钢在一定焊接工艺条件下的应力-寿命和应变-寿命结果。为980钢焊接结构的疲劳强度设计提供了依据。     

内环加强管节点疲劳性能研究

本文对无加强和内环加强管节点的应力分布、应力集中系数和疲劳性能进行了试验研究和理论分析。研究结果表明，内环加强能大幅度降低管节点的应力集中系数，改善应力分布状况，并能较大地提高管节点的疲劳寿命。应力集中系数降低的幅度和疲劳寿命提高的程度与加强环的几何尺度有关。研究结果为改善管节点的疲劳性能及管节点的结构优化提供了理论和实践依据。     

非粘接内波纹柔性管道多轴疲劳分析研究

针对无码头浮式传输系统中的非粘接内波纹柔性管道结构多轴疲劳问题，构建了随机载荷作用下的多轴疲劳分析方法，将管道水动力载荷与应力张量计算结果匹配叠加获得应力变化时程，基于临界平面法计算多轴疲劳寿命。以无码头浮式传输系统在某海域的应用为例，对比讨论了多轴与传统单轴疲劳分析方法，揭示多轴疲劳分析方法在解决非粘接内波纹柔性管道疲劳问题中的机理和优势。相比于传统单轴疲劳分析中不同载荷形式下的最大应力值叠加的基本假设，论文构建的多轴疲劳分析方法采用遍历疲劳热点区域所有单元节点的方式对其应力张量进行组合叠加，提高了最小疲劳寿命值及其环向位置计算的准确性，可为解决复杂海洋管道结构的多轴疲劳问题提供参考。     

船用铝合金板架结构典型节点的疲劳试验研究

本文针对船用铝合金板架结构典型节点的疲劳性能开展了试验研究。首先采用X射线对焊缝部位进行了拍照,获得了焊缝处的微观缺陷特征;然后进行板架的极限承载能力试验,得到板架的极限载荷水平;接着采用不同载荷水平进行反复载荷作用下的疲劳试验,获得了不同载荷水平下典型节点的疲劳寿命和破坏模式。试验结果表明:船用铝合金板架结构典型节点的疲劳寿命与测点应力呈双对数线性关系,即随着对数测点应力的增大,对数疲劳寿命呈线性下降趋势;而焊缝缺陷形式直接关系到节点的疲劳破坏模式与疲劳寿命。研究结果可为船用铝合金板架结构的承载能力评估与焊接工艺设计提供参考。     

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。     

焊接结构多轴疲劳寿命预测结构应力法

海洋工程焊接结构形式复杂且遭受随机波浪载荷作用,焊接接头多数处于多轴疲劳状态,而目前工程上主要采用基于单轴疲劳理论和试验的方法预测结构的疲劳寿命。为了提高焊接结构疲劳寿命预测的准确性,文章提出了一种评估焊接接头疲劳强度的新型结构应力法,并与临界面理论相结合,能够用于实际焊接结构的多轴疲劳寿命预测。通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析,证明了文中提出的结构应力法比传统的热点应力法具有更高的精度,以及该方法应用于焊接结构多轴疲劳寿命预测的可行性。最后,应用该方法对一个T型管节点进行了多轴疲劳寿命计算。     

导管架平台管节点疲劳裂纹的断裂评估

为保证导管架结构完整性,对管节点处各种位置的裂纹,提出基于BS7910改进的管节点裂纹断裂评估推荐做法,即基于净截面失效(NSC)准则提出平面内和平面外弯曲下含裂纹管节点弯曲强度折减系数的封闭形式解析解,给出含裂纹管节点的弯曲强度折减系数计算公式;对比各种类型管节点的应力弯曲度公式,给出应力弯曲度沿撑杆-弦杆连接处的分布公式,分析认为,该公式适用于各种类型的管节点、各种位置的裂纹和各种类型的载荷,与已有的试验数据和有限元分析结果进行比较并得到了验证。     

轴力作用下T节点焊缝周围的平均应力分布

平均应力模型法是评价海洋平台中管节点疲劳寿命的一种方法,这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值和焊缝周围的应力分布确定的。管节点焊缝周围应力分布通过一个平均应力分布参数AVS描述。本文研究了轴力作用下T节点的AVS大小,通过对127个不同几何参数的T节点模型的计算,调查了几何参数对AVS的影响,提出了用于计算AVS的参数方程,从而完善了传统的平均应力模型,为轴力作用下T节点的疲劳寿命计算提供了一种快速而高效的方法。     

T型接头的双轴压-压疲劳试验研究

裂纹在循环压缩载荷下的扩展已经被试验证实,但是对于压缩疲劳特别是多轴压缩由于难以观测因而无法准确描述,另外裂纹面载压缩载荷下出现裂纹闭合也增加了问题的复杂性。潜水器结构的大部分区域是处于压应力状态,横舱壁水平大梁端部结构的T型节点正好位于板壳和横舱壁交汇处,承受着复杂的双轴压-压疲劳循环载荷。该文通过对5组T型节点的双轴疲劳试验研究,得到了试件在压—压载荷下的裂纹萌生和扩展规律。和单轴压疲劳不同,双轴压—压疲劳伴随有短裂纹的合并行为、主导有效短裂纹行为和裂纹干涉效应。     

基于滑轮试验台的钢丝绳弯曲疲劳试验研究

钢丝绳的使用寿命是钢丝绳行业内重点关注和研究的核心问题。而在钢丝绳-滑轮系统中,钢丝绳失效的主要型式是弯曲疲劳损伤。本文针对钢丝绳的简单弯曲、角度弯曲和反向弯曲等三种典型弯曲类型特点,专门设计了五滑轮弯曲疲劳试验台。通过调整钢丝绳工作行程和试验载荷,旨在研究钢丝绳在简单弯曲、角度弯曲和反向弯曲中的疲劳寿命。提出了反向弯曲相对简单弯曲的折算方法和折算系数,得出钢丝绳简单弯曲的总寿命次数与载荷的相关函数,为钢丝绳在特定条件下的使用寿命预测提供了试验数据支撑和计算方法。     

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。     

岸边集装箱桥式起重机撑管封板疲劳开裂分析

为探究岸边集装箱桥式起重机撑管封板受载情况和焊缝危险位置的疲劳寿命,对65 t/60 m岸边集装箱桥式起重机的典型载荷工况进行分析。计算门框上水平撑管的疲劳载荷幅值,研究撑管封板焊缝的受载情况,应用S-N曲线法计算焊缝的结构应力并分析焊缝危险位置的疲劳寿命。结果表明,最大von Mises应力出现在封板与节点板端部角焊缝的焊趾上。封板焊缝危险部位的疲劳寿命无法满足岸边集装箱桥式起重机安全服役30 a的要求。     

导管架式海上风机基础频域疲劳分析

海上风机基础长期受到环境载荷作用，其管节点、过渡段等薄弱部位易产生疲劳破坏，需进行疲劳强度校核。通过有限元软件建立结构模型，参考DNVGL-RP-C203划分结构有限元网格。由AQWA计算波浪载荷，Bladed计算风机气动载荷，使用APDL命令流快速加载、求解并读取结构应力。采用谱分析方法计算载荷单独作用下的结构应力谱，使用谱叠加原理计算风浪同时作用下的结构应力谱，采用Dirlik解析式计算疲劳寿命，完成疲劳校核，并给出优化建议。     

新型钛合金材料疲劳寿命试验及预报方法研究

为保障我国深海载人潜水器耐压壳结构安全性,本文针对耐压壳用新型钛合金的疲劳特性开展了不同应力水平下疲劳裂纹扩展门槛值试验以及疲劳寿命试验研究;获得了新型钛合金材料在载荷比R=0.1下的门槛值以及不同应力水平下该材料的疲劳寿命值;并基于断裂力学方法,对新型钛合金材料疲劳裂纹扩展行为进行了预报研究,将预报结果与相应试验结果进行了对比,从而验证预报方法的可行性和可靠性.     

海上平台管节点疲劳性能研究

在研究D500系列管节点疲劳特性的基础上，吸取国内外研究成果，建立了适用较广的可靠的管节点疲劳寿命计算方法．文章给出了建立在大量数据基础上的S－N曲线，探讨了影响疲劳寿命的因素，进行了局部应力—应变法及断裂力学法计算分析，对海洋平台管节点提出了适用于工程实际的建议．     

BINGO9000半潜式钻井平台疲劳强度分析

本文对BIGO9000半潜式钻井平台进行了疲劳强度分析。首先，建立了该平台整体三维有限元模型，结合北海波浪长期分布资料，计算了72种波浪载荷工况下的整体结构应力，为管节点结构局部应力分析提供边界条件。其次，建立管节点避部有限元模型进行疲劳强度分析。在计算管节点结构应力范围时，本文应用热点应力法，并根据DNV规范提供的S－N曲线，以及Miner线性劳累积损伤准则计算管节点结构的疲劳寿命。本文提出给出一些有意义的结论，为国内外后同类半潜式钻井平台的设计和建造提供了宝贵的技术依据。     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

基于改进McEvily模型的结构压-压疲劳寿命预测方法

潜水器在下潜过程中其耐压结构大部分区域处于压缩应力状态,所受压力随潜深的改变而改变,将有可能导致耐压球壳发生疲劳破坏,而压-压载荷下的疲劳问题与常规疲劳分析有着很大的不同,因此研究结构的压-压疲劳寿命具有重要意义。本文基于断裂力学理论,采用改进的McEvily裂纹扩展速率模型,预测压缩循环载荷下的深海结构物疲劳寿命。采用有限元方法建立结构模型,研究了裂纹尖端区域有限元单元尺寸的影响,采用多载荷步分析结合节点释放技术计算得到了压缩循环载荷下沿着裂纹扩展平面的残余拉应力和应力强度因子,结合改进的McEvily模型计算得到裂纹扩展寿命曲线。最后,以承受单向循环压缩载荷的双边裂纹板为例,阐述了本文的计算方法,并将计算结果与试验结果进行对比,结果表明本文的压缩疲劳寿命分析方法可行、有效,可为相关承受循环压缩载荷下的结构疲劳寿命评估提供参考。     

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。