基于谱分析法的浮式处理与补给基地疲劳强度研究

运用数值模拟方法,以新型海洋结构物浮式处理与补给基地(assessment of floating process and supply base,FPSB)为研究对象,通过设计波法筛选出整体结构疲劳热点,由谱分析法计算得出其热点区域的损伤度,并比较了不同波浪扩散函数、浪向对于FPSB疲劳强度的影响.计算结果表明,浮式处理与补给基地各节点处的疲劳寿命符合设计要求,为了保证安全性可不设置波浪扩散函数,直浪与斜浪对FPSB的疲劳损伤度贡献最大.     

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。     

渤海简易独腿导管架节点全周期疲劳分析

为解决冰区导管架节点存在的冰激与波浪荷载联合疲劳作用问题,采用美国石油学会的简化疲劳分析方法确定受波浪影响较大的节点及其所受荷载的方向,利用SACS软件对这些节点的波浪详细谱疲劳进行分析.针对冰激荷载,考虑到不同冰速下结构物的动力响应差异,分别利用ANSYS软件的瞬态分析和谱分析方法对节点的稳态冰振和随机冰振疲劳影响进行分析,进而通过线性损伤波理论对各工况下的节点疲劳损伤进行叠加,完成全周期的疲劳分析.结果表明,冰激对节点疲劳的影响较大,虽然存在冰激影响的有效冰期仅占平台服役周期的12.3％,但疲劳影响达到73.4％.     

半潜平台波浪载荷不确定性及结构疲劳可靠性研究

在海洋平台结构疲劳强度分析的不确定因素中波浪载荷的不确定性对其影响较大,为了评估疲劳载荷计算过程中波浪载荷的不确定性文章建立了海浪谱型、波高、波浪载荷传递函数、平均跨零周期、海况发生概率和浪向等引起的波浪载荷不确定性的评估方法和公式.同时为了评估波浪载荷传递函数的不确定性进行了波浪载荷模型试验.重点对西北太平洋和中国南海的海况进行了分析计算,定量统计回归出西北太平洋的有义波高和平均跨零周期修正公式,以及中国南海不同季节海况和浪向分布规律对半潜平台波浪载荷和疲劳寿命的影响因子.最后根据波浪载荷不确定性以及结构疲劳分析中的其他不确定因素计算分析了半潜平台典型结构的疲劳可靠度.     

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。     

波激振动和砰击颤振对大型油船疲劳强度影响研究

文章给出线性波激振动和砰击颤振引起的大型油船结构疲劳贡献度的计算方法。基于三维线性水弹性理论可计算得到包括刚体和2节点的振动模态下的垂向弯矩的传递函数,采用谱分析法对某30万吨油船进行结构疲劳强度计算,分析波激振动对船体结构疲劳损伤影响;基于二维非线性波浪载荷程序（含砰击颤振的波浪载荷）,采用时域方法对该油船进行船体梁弯矩计算,分析砰击颤振对船体梁弯矩及疲劳载荷的影响;结果表明对于该类大型油船波激振动和砰击颤振对船体的结构疲劳损伤的影响不可忽略。     

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。     

基于直接计算的三体船结构疲劳强度影响因素分析

[目的]针对三体船连接桥部位的疲劳强度问题,[方法]以某型三体船为例,采用三维线性势流理论计算规则波中的船体运动及外部水动压力分布,通过全船有限元分析得到不同浪向角规则波中各热点的应力传递函数,基于线性累积损伤理论,运用谱分析的直接计算法进行各热点的疲劳累积损伤计算,并探讨不同海域、浪向时间分配等影响因素对疲劳损伤的影响。[结果]结果表明,采用中、近海海况并考虑浪向时间分配时疲劳损伤较大。[结论]所得结论对三体船的研发设计具有参考意义。     

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。     

薄膜型LNG船全船结构屈服和疲劳强度分析

以某薄膜型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船的结构设计为例，开展全船屈服强度校核和基于精细网格的有限元疲劳强度分析。针对5种典型装载状态，基于美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）全船强度直接计算指南，采用ABS-DLA/SFA系列软件，用三维波浪载荷预报程序对波浪随机载荷进行长期预报。基于预报结果，针对每种装载状态计算15个设计波参数组，求解全船结构在各载荷组合工况下的应力分布，继而完成屈服强度校核。以甲板机械室与穹顶甲板相交处的关键节点区域的节点设计为例开展细网格局部强度分析，并通过各种改进设计解决应力集中问题。针对2种常用典型操作装载状态及营运于北大西洋海区疲劳寿命满足40a的要求，基于ABS全船疲劳强度直接计算指南计算2个典型细化位置热点应力传递函数，通过谱分析得到疲劳累积损伤和疲劳寿命，完成疲劳强度校核。采用的全船强度和疲劳分析方法和思路适用于其他超大型船舶的结构分析。     

浮筒单点系统缓波式柔性立管疲劳分析

将非黏结性柔性立管应用到浮筒式单点系统中去,借助ORCAFLEX软件建立浮筒式单点系统的耦合分析模型。利用ABAQUS软件研究柔性立管各层在张力和弯矩作用下的应力分配,得到内抗拉层和外抗拉层的应力系数,进而对立管进行浪致疲劳和涡激疲劳分析。结果表明:该系统中柔性立管的疲劳寿命主要取决于内层抗拉层,最大疲劳损伤出现在限弯接头与立管连接点附近,张力影响因素对该点的疲劳损伤影响大于曲率影响因素。     

三体船型疲劳强度评估和分析

参照相关规范,对三体船结构的典型节点进行疲劳强度分析。通过波浪载荷计算和试验结果分析了三体船的载荷特征。通过粗网格下的全船有限元应力计算确定了疲劳热点部位。对这些部位采用精细网格进行了基于谱分析的热点应力计算,从而给出了热点部位的累积损伤。最后总结了三体船的疲劳特性。     

大型集装箱船舱口角隅高低周复合疲劳寿命预报方法研究

大型集装箱船遭遇高海况时，舱口角隅处应力水平可能接近甚至超过材料屈服极限，因此循环极端载荷作用下的舱口角隅疲劳损伤可视为高低周复合疲劳问题。本文采用一种高低周复合疲劳寿命预报模型对某大型集装箱船的舱口角隅进行疲劳寿命预报。首先建立全船有限元模型和水动力模型，给出不同浪向角及波浪频率下舱口角隅节点的热点应力传递函数，然后采用北大西洋波浪散布图得到节点的应力范围，对其中超过80%屈服应力的海况，通过Neuber公式求出角隅节点的弹塑性循环应力应变幅，最后采用复合疲劳模型计算得到舱口角隅的高低周复合疲劳寿命。与采用谱分析方法预报的疲劳寿命进行对比后的结果显示，高海况导致舱口角隅发生的低周疲劳损伤不可忽略，应采用高低周复合疲劳评估方法对其进行寿命预报。本文工作可为船体结构疲劳寿命的准确预报提供参考。     

弹振对超大型集装箱船疲劳强度的影响

超大型集装箱船在波浪激励下产生的弹振响应使得其疲劳强度问题十分突出。基于三维水弹性理论,结合有限元分析方法计算分析目标船典型节点的应力响应特性。采用双峰谱密度函数的疲劳损伤谱分析理论评估目标船的疲劳强度,通过与刚体理论下的计算结果相对比来分析弹振对目标船的影响。研究结果表明,相比于刚体理论计算结果,考虑弹振效应时目标船的疲劳寿命会极大地降低,甚至可达50%以上。     

弹振对超大型集装箱船疲劳强度的影响

超大型集装箱船在波浪激励下产生的弹振响应使得其疲劳强度问题十分突出。基于三维水弹性理论,结合有限元分析方法计算分析目标船典型节点的应力响应特性。采用双峰谱密度函数的疲劳损伤谱分析理论评估目标船的疲劳强度,通过与刚体理论下的计算结果相对比来分析弹振对目标船的影响。研究结果表明,相比于刚体理论计算结果,考虑弹振效应时目标船的疲劳寿命会极大地降低,甚至可达50%以上。     

一种考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度的计算方法

提出一种实用的计算和分析方法来考虑砰击载荷对双体船湿甲板处结构疲劳强度的影响,保证疲劳寿命预报的精度。首先,根据线性理论计算船体与波浪之间的相对运动和相对速度,并计算船体结构在波浪载荷作用下的应力响应;然后,计算湿甲板在砰击载荷作用下的非线性响应,再将线性响应与非线性响应通过方向性进行叠加,得到波浪载荷与砰击载荷联合作用的应力响应时历;最后,通过雨流计数法计算双体船在危险工况下的湿甲板疲劳损伤。研究结果可为考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度评估提供一些参考。     

LNG船疲劳强度评估及低温影响的讨论

以某LNG船为研究对象，建立三舱段有限元模型，并根据美国船级社薄膜型LNG船体结构疲劳强度指南，基于SN曲线法的疲劳积累损伤原理，分别采用名义应力和热点应力法，对船体典型节点进行疲劳强度评估，同时对计算结果进行分析；讨论低温下材料性能改变对节点疲劳寿命评估的影响。研究表明，采用常温下SN曲线进行LNG船疲劳强度评估是合适的。     

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

本文研究了腐蚀与疲劳载荷耦合作用下自升式平台桩腿服的可靠性问题。采用ANSYS对自升式海洋平台桩腿结构进行建模,根据平台服役海域的波浪散布图对桩腿结构的工况进行划分,确定浪溅区桩腿结构的疲劳关键节点及其等效应力;以桩腿材料E690高强钢为对象,进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验,获得了不同环境下的疲劳裂纹扩展参数;提出了基于断裂力学的浪溅区桩腿关键节点的时变可靠性模型,与采用现有腐蚀模型的桩腿时变可靠性指标进行了对比,结果表明了本文所提方法能有效地反映平台桩腿服役期间关键节点的时变可靠性变化趋势,为平台在服役期间的安全运行与维护保养提供了理论指导。     

PLUS船级符号的穿梭油轮疲劳强度分析

针对PLUS船级符号在穿梭油船上的应用问题,采用热点应力法对某穿梭油船进行疲劳强度规范校核。通过建立目标范围内的纵骨-强框连接结构的半名义应力模型,选取应力集中系数计算其疲劳热点应力,结合相应的S-N曲线分别评估其高周和低周疲劳损伤,校核其联合疲劳损伤。结果发现,高低周疲劳对目标结构的疲劳损伤都有贡献,满足HCSR疲劳要求的结构仍有节点不满足PLUS要求。PLUS计算必须考虑高低周疲劳损伤,满足该符号的要求能有效提高穿梭油船结构的疲劳强度。     

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.