基于热点应力法U型激光焊接夹层板疲劳寿命分析

U型激光焊接夹层板作为新型船用结构,准确预报其疲劳寿命对于工程应用有着重要的现实意义。本文依据传统焊接结构热点应力外推方法,给出了适合激光焊接夹层板结构的热点应力外推公式,计算了不同外推公式下结构的疲劳寿命,并与已有的试验结果进行对比,最后研究了不同单元层数和焊缝宽度对结构疲劳寿命的影响。结果表明:采用本文的外推公式、外推区域面板厚度方向划分3层单元时,计算结果与试验值较为吻合,验证了热点应力法求解激光焊接夹层板疲劳寿命的有效性;并且结构的疲劳寿命随着焊缝宽度的增加显著提高。     

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。     

基于热点应力的FPSO焊接结构疲劳问题研究

用热点应力方法评定焊接结构的疲劳强度问题受到了人们的极大关注.热点应力法应用的关键在于给出合适的热点应力值.本文通过有限元数值计算的对比分析,指出热点应力可以通过距离热点0.5t和1.5t的参考点应力值进行线性外推而得到.文中选取FPSO某一局部结构,采用有限元数值计算,利用热点应力方法推导结构的疲劳寿命,并和全尺度疲劳试验结果进行对比,两者符合得较好.     

FPSO软管绞车支撑下加强结构疲劳强度分析

基于美国船级社规范的要求,本文介绍了FPSO软管绞车支撑结构疲劳强度计算方法。以某FPSO为例,考虑其自身受到的惯性加速度,采用热点应力分析法,通过细化热点区域网格计算热点应力,再根据S-N曲线对不同热点进行疲劳寿命评估,并根据疲劳计算结果对应力集中区域的结构设计提出一些建议。     

基于谱分析法的FPSO剩余疲劳寿命研究

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。多年来,船舶结构的疲劳断裂问题一直是造船界广泛关注的问题[1]。对于由大型油船改装而成的FPSO而言,预测并延长其服役寿命是很关键的。本文通过谱分析法对船体疲劳损伤度进行计算,分别对油船和FPSO阶段进行计算从而得到FPSO剩余疲劳寿命。通过建立3D有限元模型,采用热点应力方法来确定评估处应力传递函数,分别计算各个短期海况损伤度并通过线性叠加来计算总的损伤度以及剩余疲劳寿命。根据疲劳评估结果,更加高效地实施船体结构的检测及维修。     

海上风电机组门洞焊缝应力计算及测试验证

风电机组的塔筒门框焊缝应力状态复杂,且在机组全寿命周期服役过程中承受超高周的动态载荷,其疲劳可靠性是塔筒设计工程师需重点关注的设计项点之一。由于塔筒面内弯矩载荷Mx、My塔筒疲劳设计的主导载荷,在进行塔筒门框焊缝疲劳设计时仅考虑面内弯矩载荷即可,门框焊缝的疲劳强度计算精度取决于焊缝处评估应力的计算精度,门框焊缝疲劳强度的评估应力通常采用国际焊接学会（IIW）推荐的热点应力法计算得到。文章首先针对某大兆瓦海上风电机组得塔筒门框焊缝区域进行有限元仿真计算,得到在塔筒面内弯矩Mx、My的单位载荷作用下选定的多处门框焊缝应力插值点的应力结果。然后基于测试得到的塔底截面弯矩时间历程,线性推导得到各焊缝应力插值点处的应力时间历程。最后将推导得到的应力时间历程与测试得到的应力时间历程进行对比,以此验证门框焊缝应力计算模型的正当性。对比结果表明,文章采用的门框焊缝应力计算模型是满足工程设计需求的。     

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。     

JU2000E自升式钻井平台桩腿TKY节点 焊接残余应力分析

Ju2000E自升式钻井平台的桩腿TKY节点由于焊接结构复杂，各构件采用高强度大厚板，焊缝多且不规则，焊接残余应力分布复杂，对其评估焊接残余应力非常困难。如今焊接残余应力表面测量配合应力计算是最有效的方法，本文采用一系列的高效计算方法实现了桩腿TKY节点焊接残余应力的高效计算，并通过X衍射法和小孔法验证了计算的可靠性，同时通过计算机模拟软件建立的三维实体模型分析了该结构的应力分布特征。计算结果表明，整个模拟件各方向的峰值拉应力出现在半圆板焊接区域表层，特别是焊趾位置呈现较大的应力集中，而焊缝材料的屈服强度相对半圆板材料屈服强度低，故焊缝区域的各方向拉应力幅值稍低于半圆板焊接区域；整个模拟件各焊缝区域从外到内部的等效应力呈现300-600MPa的较大应力，靠近半圆板的焊趾位置出现较大应力集中，等效应力达到600MPa以上。     

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_t,并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_t的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_t,并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_t的分布规律。[结果]结果表明,K_t的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。     

球柱结合壳焊趾表面裂纹坐标变换有限元建模方法及应力强度因子计算

深潜器的上浮和下沉会使得耐压壳体舱口球柱连接位置存在随时间变化的交变应力,这有可能引起疲劳破坏,运用裂纹扩展理论进行疲劳预报时需要解决舱口球柱连接位置的应力强度因子计算问题。推荐一种坐标变换建模法,能够解决球柱结合壳焊趾表面裂纹有限元建模的问题;通过圆管、T型相贯管节点表面裂纹的计算,验证所推荐方法的精度;以4 500 m级载人深潜器为研究对象,计算一定潜深时耐压壳舱口焊趾表面裂纹的应力强度因子。所推荐的方法同样适用于圆柱体、圆锥体、球体或其组合体型式的耐压结构典型节点三维裂纹应力强度因子计算。     

等效热点应力法结合临界面法评估焊接接头多轴疲劳强度研究

基于焊缝本身引起的非线性分布应力自平衡的性质,在板厚方向应力峰值零点位置定义等效热点应力,结合基于临界面法的MWCM法建立评估复杂焊接接头多轴疲劳强度的方法。采用数值计算分析零点位置的变化规律,建立零点位置拟合方程。利用公开发表的试验数据以及现有的热点应力法有限元计算结果对等效热点应力法进行精度验证。结果表明,等效热点应力法和现有的热点应力法具有很好的一致性,能在一定程度上考虑厚度效应对疲劳强度的影响,可以评估多轴疲劳强度。     

随机载荷作用下焊接结构表面裂纹扩展研究

随机载荷作用下焊接结构表面裂纹的扩展问题是工程结构中常见的问题.文中设计了随机载荷作用下焊接结构的疲劳断裂试验,试样由平板以一定的角度焊接而成,配合相应的夹具采用轴向加载,在MTS疲劳试验机上进行试验,采用应变片对裂纹的萌生进行监测,用降载勾线法描绘裂纹的扩展形貌,最后利用试验数据对文献中提到的等效厚度法和等效应力强度因子法进行了验证,结果表明:这两种方法的计算结果都与试验结果比较接近,可以用于计算表面裂纹的疲劳扩展.     

船体焊接结构疲劳问题的热点应力研究

选取FPSO某一局部结构采用有限元数值计算确定热点应力，由此推导结构的疲劳寿命，将计算结果和全尺度疲劳试验结果进行对比，二者符合较好。     

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。     

测深管贯穿甲板热点应力集中系数计算

测深管使用套管形式穿越甲板是一种常见的节点形式,套管式测深管贯穿甲板节点承受单向拉压力,使用有限元方法计算出甲板上焊趾和套管上焊趾的热点应力集中系数,同时根据挪威船级社推荐的计算公式,得到焊根处的热点应力集中系数.通过计算分析小口径测深管3处热点应力集中系数,得到整个测深管连接节点中疲劳破坏风险最大的焊缝位置,对评估使用单套管穿越甲板的小孔径管件的疲劳强度有一定的借鉴意义.     

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究（英文）

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用ANSYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性。接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据。相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效。     

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用AN-SYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性.接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据.相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效.     

基于长期分布累加法的单点疲劳寿命预报方法

针对FPSO单点区域复杂的载荷情况,提出一种单点结构在受到环境载荷和FPSO船体载荷作用下的疲劳计算分析方法,根据单点所受载荷的长期分布数据及各种载荷对应的载荷应力比,在线性假设的前提下,通过长期分布累加法对单点或船体结构进行疲劳累计损伤计算,最后得出疲劳结果,该方法不仅适用于单点及界面附近船体结构疲劳计算,也适用于多点系泊系统等界面载荷长期分布复杂的局部船体结构疲劳计算。     

海洋钢结构疲劳裂纹扩展预报单一扩展率曲线模型

采用基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预报方法对海洋钢结构的安全寿命进行评估,首先要解决变幅载荷作用下的裂纹扩展率问题,其次是复杂应力场中的应力强度因子计算问题.文章将裂纹扩展率单一曲线模型结合焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法来探讨复杂载荷作用下海洋钢结构的疲劳寿命预报问题.裂纹扩展率单一曲线模型的思想是将任意载况下的应力强度因子等效到R=0的应力强度因子,并假定超载不影响材料的裂纹扩展率,而是使等效应力强度因子幅减小.使得复杂载荷下的疲劳寿命预报也仅需要对应于R=0时的裂纹扩展率材料常数,从而解决复杂载荷下裂纹扩展率材料常数的确定问题.文中给出了适合于海洋钢结构的裂纹扩展率曲线,焊趾表面裂纹应力强度因子以及残余应力引起的应力强度因子的计算方法.     

船底结构的焊接系数研究

采用钢结构焊接强度计算方法,给出船底结构角焊缝应力的计算模型和船舶结构角焊缝焊接系数的计算公式。以一艘31 000 dwt散货船船底结构为例,计算不同工况荷载作用下船底、内底纵骨、船底纵桁以及肋板的焊缝剪应力,并与舱段有限元的剪应力计算结果作比较,验证了当前规范角焊缝焊接系数。