一例船舶副机活塞卡滞故障分析

从一起DAIHATSU 5DK-20型副机活塞卡滞故障出发,分析副机活塞卡滞故障原因,提出副机较长时间低负荷运转条件下,活塞卡滞故障预防措施及管理对策。     

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。     

冰区海上风机结构的冰激疲劳寿命分析

冰载荷是诱发冰区海上风机结构疲劳破坏的重要因素,通常采用加装抗冰锥体的方式将海冰的挤压破坏转化为弯曲破坏,从而减小峰值载荷并削弱冰激振动。针对锥体风机结构在冰载荷作用下的疲劳寿命开展分析。基于渤海辽东湾某海域的现场监测数据确定了有效冰期、冰厚、冰速等疲劳分析参数,在冰速0～100 cm/s、冰厚0～30 cm范围内均匀划分50种疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;采用具有粘结-破碎功能的球体离散单元构造海冰模型,计算风机与平整冰相互作用时的冰载荷时程及对应的热点应力;采用雨流计数法提取热点应力时程中的有效循环次数,根据S-N曲线和Miner线性累积损伤准则进一步计算其冰激疲劳寿命;最后将计算结果与通过锥体结构随机冰力函数构造冰载荷时程而得到的疲劳寿命相比较,验证了基于海冰离散单元模型的冰载荷时程构造方法的安全性与可靠性。     

弧形管疲劳寿命预测研究

弧形管是一种常用的管路连接件,在服役时长期受到大位移疲劳载荷的作用。传统工程实践中针对挠性接管处于疲劳载荷在可靠性检验多采用抽样试验方法,该方法存在试验成本高,置信度差的缺点,且未从失效机理上对弧形管疲劳失效进行有效分析。本文将汽车行业橡胶件疲劳寿命预测常用的裂纹萌生法应用于弧形管。通过单轴疲劳拉伸试验,建立基于各种疲劳损伤参数的寿命预测模型,结合弧形管三维实体有限元仿真模型和寿命预测模型,对拉压工况下的疲劳寿命进行预测并通过加速试验进行了验证。该论文研究结果可用于指导弧形管疲劳可靠性设计。     

基于累积塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命研究

船体板的总体断裂破坏往往是低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的结果,故在船体板低周疲劳裂纹扩展寿命评估中,其基于累积塑性应变的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命分析能够更为符合实际地评估船体板的总体断裂承载能力。船体板低周疲劳裂纹扩展寿命由宏观可检测裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命。船体在实际航行中受到多次波浪外载作用而使其进入塑性变形不断累积或不断反复的破坏过程,并最终导致低周疲劳裂纹的萌生及扩展而使结构破坏,其破坏形式分别对应于增量塑性变形破坏（或棘轮效应）或交变塑性变形破坏（或低周疲劳）。局部塑性变形的累积会加剧低周疲劳裂纹不断扩展,因而基于累积塑性破坏研究船体板低周疲劳扩展寿命更为合理。文中以船体板单次循环载荷后塑性应变大小为基础,依据累积递增塑性破坏过程及弹塑性理论,计算经过N次变幅循环载荷后船体板累积塑性应变值,结合循环应力—应变曲线获得相应的稳定的迟滞回线,确定裂纹尖端应力应变曲线及确定相关塑性参量并依据选取的断裂判据判定裂纹扩展。建立循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命的计算模型考虑应力比对此裂纹扩展寿命计算模型的影响。由该方法计算出的疲劳裂纹扩展寿命将对正确预估船舶结构的低周疲劳强度从而提高船舶安全性有重要意义。     

基于累积塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命研究（英文）

船体板的总体断裂破坏往往是低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的结果,故在船体板低周疲劳裂纹扩展寿命评估中,其基于累积塑性应变的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命分析能够更为符合实际地评估船体板的总体断裂承载能力。船体板低周疲劳裂纹扩展寿命由宏观可检测裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命。船体在实际航行中受到多次波浪外载作用而使其进入塑性变形不断累积或不断反复的破坏过程,并最终导致低周疲劳裂纹的萌生及扩展而使结构破坏,其破坏形式分别对应于增量塑性变形破坏(或棘轮效应)或交变塑性变形破坏(或低周疲劳)。局部塑性变形的累积会加剧低周疲劳裂纹不断扩展,因而基于累积塑性破坏研究船体板低周疲劳扩展寿命更为合理。文中以船体板单次循环载荷后塑性应变大小为基础,依据累积递增塑性破坏过程及弹塑性理论,计算经过N次变幅循环载荷后船体板累积塑性应变值,结合循环应力—应变曲线获得相应的稳定的迟滞回线,确定裂纹尖端应力应变曲线及确定相关塑性参量并依据选取的断裂判据判定裂纹扩展。建立循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命的计算模型考虑应力比对此裂纹扩展寿命计算模型的影响。由该方法计算出的疲劳裂纹扩展寿命将对正确预估船舶结构的低周疲劳强度从而提高船舶安全性有重要意义。     

基于有限元分析和动力学仿真的曲轴疲劳寿命计算

基于某型十二缸内燃机曲轴的有限元模型,建立了包括曲轴、活塞组、连杆组及飞轮在内的三维实体动力学仿真模型,并考虑惯性力、气缸压力和相邻拐的影响.通过曲轴刚柔混合动力学仿真,计算了标准工况下曲轴的载荷历程曲线及最大应力,并利用全寿命方法(S-N法)得出了该曲轴的疲劳寿命.在此基础上,对内燃机负荷与曲轴疲劳寿命关系进行了分析,表明内燃机负荷对曲轴疲劳寿命有显著的影响.     

基于有限元分析的船舶调距桨液压缸疲劳磨损寿命预测

文章以船舶调距桨液压系统液压缸为对象,研究其故障机理,得出活塞杆运行过程中,固体微粒嵌入密封圈并与活塞杆面接触引起磨损是液压缸失效的一个重要原因。利用ANSYS Workbench进行仿真分析,获取不同大小的磨粒在不同浸入深度的工况下,活塞杆的循环寿命次数,为调距桨液压系统的维修决策提供依据。     

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。     

3000m深水钻井船月池角隅疲劳强度研究

针对3000m深水钻井船月池角隅的疲劳强度进行研究。采用全概率疲劳分析方法,选用合理的S-N曲线,对月池角隅处的疲劳损伤和疲劳寿命进行评估。介绍全概率疲劳分析方法的原理和流程,并针对波浪载荷这个对疲劳计算影响较大的因素进行较为全面的梳理,研究了质量重心分布对波浪载荷的影响等内容,以合理确定疲劳计算的分析工况。     

漂浮式潮流电站载体结构疲劳分析

漂浮式潮流电站载体在波浪交变载荷的长期作用下容易产生疲劳破坏,进而带来整体结构的安全隐患,因此在设计初期需进行节点疲劳分析,预测结构工作寿命,并对易疲劳部位结构采取措施以延长使用周期。本文基于谱分析法,应用短期疲劳累积损伤理论和S-N曲线,通过计算两个节点在不同工况与波浪频率组合下的热点应力范围,结合功率谱密度函数,分析了某200k W漂浮式潮流电站在特定海域下的疲劳特性,结果表明疲劳寿命满足使用年限要求。     

半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别.同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据.经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理.     

一种基于累积损伤理论和裂纹尖端弹塑性应力场的裂纹扩展预测方法

文章提出了一种预测疲劳寿命的应力循环叠加和损伤循环叠加的双重叠加方法。该方法依据累积损伤理论,通过分析变幅载荷下裂纹尖端的应力场,采用应力循环叠加的方法反映残余应力的影响;同时利用SWT应力应变和寿命的关系,循环叠加裂尖损伤。该方法能够很好地反映过载时裂纹扩展的迟滞效应,适合变幅载荷下疲劳寿命的评估分析。     

碎石桩施工平台升降液压缸静强度及疲劳寿命的仿真分析

根据碎石桩施工平台各运行工况及载荷谱,用ANSYS Workbench15.0软件获得升降液压缸所受应力、变形、疲劳寿命及安全系数的仿真数据。结果表明,升降液压缸在20年设计寿命内具有足够的静强度,且在12年共经历1 200个周期循环载荷的作用下,该升降液压缸具有足够的疲劳强度,而在随后8年(累积2000个周期循环载荷)的运行过程中,升降液压缸极有可能发生疲劳破坏。上述分析方法与结果可为升降液压缸的结构改进、预期维修以及其他液压缸的性能分析提供参考依据。     

导管架平台管节点的疲劳分析与寿命估计

本文简单介绍了用于导管架平台管节点疲劳分析的两种方法确定性分析方法和谱分析方法,二者均是基于线性累积损伤理论来估算管节点的疲劳寿命.作为算例,本文采用确定性分析方法对BZ28-1单点导管架进行了详细疲劳分析,其中波浪力和高频系泊力合在一个工况中,而低频系泊力则作为独立的疲劳载荷工况,分别计算二者的损伤并按照线性累积损伤理论进行叠加,最终算得其疲劳寿命.计算中疲劳S-N曲线采用API-X'曲线,波浪理论则采用艾利微幅波理论.选用适当的疲劳寿命安全系数,对关键节点的寿命进行了评估,并对其继续使用提出了建议.     

自由站立式立管总体设计与分析

介绍自由站立式立管(FSHR)系统中各构件设计原则及其总体响应分析方法,根据算例总体设计参数,建立FSHR总体有限元模型,进行总体强度与疲劳分析.计算结果表明,其设计参数在各种工况下均满足强度要求,其中百年一遇海流载荷工况为最危险工况;其设计参数满足疲劳要求,运动疲劳和VIV疲劳最大损伤均出现在刚性主管顶部.     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。     

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。     

由象鼻梁断裂事例分析疲劳强度的影响因素

针对门座起重机象鼻梁断裂的问题,综合分析疲劳强度的影响因素.先对断裂部位进行有限元分析,排除了静载强度设计不足的因素,通过分析循环次数、焊缝形式、材料和焊接工艺对疲劳强度的综合影响,论证疲劳强度不足是造成象鼻梁断裂的主要原因.     

导管架平台冰致疲劳分析

针对冰区导管架平台存在的疲劳问题,提出冰致疲劳时域分析流程。以某浮拖式导管架平台为研究对象,基于我国辽东湾海冰参数的概率分布情况,划分得到24个疲劳子工况,考虑作用于平台桩腿锥体和井口区隔水导管群上的动冰载荷,采用ANSYS参数化设计语言编制该平台的冰激强迫振动分析程序,对其进行各疲劳子工况下的动力时域分析。基于雨流计数法计算该平台泥面以上42个管节点的等效应力幅值和循环次数,进而由S-N曲线和Minor线性累计损伤法则得到其冰致疲劳损伤和疲劳寿命。研究结果表明:平台构件的疲劳寿命最短为78.9 a,能满足设计的服役年限的要求;导管架疲劳损伤弱点位于井口区第一水平层与桩腿连接位置,该区域是平台日常维护的重点。