潜艇结构锥柱结合壳损伤容限研究

损伤容限与耐久性的结合体现了现代潜艇结构延长寿命、提高可靠性和降低维修成本的综合要求.损伤容限分析的关键问题是正确估算剩余寿命.本文以断裂力学为理论基础,通过对带有初始裂纹的潜艇典型焊接节点模型的剩余寿命有限元分析,将计算结果和试验结果相比较,考核剩余寿命有限元分析方法的可靠性,从而对有初始缺陷或裂纹的疲劳热点区域--潜艇锥柱结合壳进行剩余寿命有限元估算,在此基础上进行潜艇锥柱结合壳损伤容限研究.并对具有不同尺寸的初始裂纹结构的剩余寿命进行有限元分析,确定潜艇在交付使用和检修时的损伤容限尺寸.     

自升式海洋平台升降装置动力分析及疲劳分析

介绍了使用ANSYS有限元软件对平台结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析的方法。应用ANSYS软件可以直接对波流载荷作用下的平台进行有限元分析.而且建模简单、计算精度高。本文采用ANSYS软件建立起自升式平台的数学仿真模型,对自升式平台进行了动力响应分析,并且利用动力响应的分析结果得到平台构件的应力范围和循环次数,根据P-S-N曲线计算平台升降装置的疲劳损伤、估算升降装置的疲劳寿命。     

基于应力集中系数的SWATH船疲劳节点筛选方法研究

小水线面双体船的疲劳强度问题十分突出,疲劳强度校核节点众多且目前还没有一个明确的疲劳节点筛选原则。针对这些问题,研究基于典型节点的热点应力集中系数有限元计算和名义应力分析,对小水线面双体船全船结构中可能发生疲劳强度失效的节点进行疲劳寿命估算,并根据估算结果对需要进行热点应力分析的疲劳节点进行筛选。计算结果表明,该方法在处理大量结构节点的疲劳寿命估算问题中,计算效率较高,能够反映全船的节点疲劳强度特性,且估算结果较为可靠。该方法不仅适用于小水线面双体船,对于其他类型的船舶,该方法同样具有适用性。     

桥吊空腹副桁架主梁的剩余寿命估算

用ANSYS有限元分析软件对某桥吊空腹副桁架主梁跨中翼缘板在疲劳计算典型工况下的工作应力进行计算。根据《起重机设计规范》^[1]给出的疲劳许用应力基本值与应力集中情况等级和工作级别的关系、起重机工作级别与利用等级的关系和疲劳许应力计算公式,并利用S－N曲线基本公式,导出起重机结构“安全寿命”的估算方法。由此根据有限元计算结果分析主梁疲劳危险点的部位,推算主梁的剩余“安全寿命”。     

南海2号半潜式钻井平台疲劳寿命分析

本文以南海2号半潜式钻井平台对角线斜撑与水平横撑连接处的K型节点为例进行疲劳寿命分析.首先,建立整体结构有限元模型,质量模型及水动力模型,采用三维势流理论和Morison公式计算出结构所承受地波浪载荷.然后,建立K型节点的有限元细化模型,计算出的热点应力集中系数,结合从整体有限元模型计算出的总体结构应力,得到热点应力传递函数.应用谱分析方法求出结构交变应力范围及相应地循环次数,最后根据Miner线性累积损伤规则进行节点的疲劳寿命评估.     

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.     

大深度载人潜水器疲劳寿命有限元分析

载人潜水器随着使用次数的增加,将有可能导致低周疲劳破坏。为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,必须进行载人球壳的低周疲劳寿命分析。潜水器在一些特殊的局部区域是受拉伸应力影响的,开孔处结构的特点和深水压力共同作用就产生了较大的拉应力,因此这些较大的拉伸应力在此部位易引起结构的疲劳裂纹,并且缩短使用寿命。本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立载人潜水器有限元分析模型,按极限载荷和载荷谱分别计算出的疲劳寿命,不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数和进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用。     

船用柴油机曲轴疲劳分析

随着计算机技术的发展,计算机辅助工程(CAE技术)在产品的设计中已经大量地使用,其中有限元技术已经成为一种不可或缺的分析工具。本文采用动力学仿真软件ADAMS结合疲劳分析软件MSC.Fatigue对曲轴的疲劳寿命进行评估,先利用动力学仿真软件ADAMS计算得到曲轴载荷谱,然后基于有限元分析结果的对曲轴进行疲劳计算分析。     

潜艇结构低周疲劳寿命工程评估方法

本文基于断裂力学建立了潜艇结构低周疲劳寿命的工程估算方法，理论计算与模型试验结果比较表明：该方法是合理可靠的，可用于潜艇结构低周疲劳寿命评估。     

用裂纹扩展随机模型估算潜艇耐压壳体的疲劳寿命

用Paris公式预测以时间为函数的疲劳裂纹扩展,要考虑很多不确定因素,问题十分复杂.本文引用了考虑裂纹尺寸变异性的裂纹扩展随机模型,估算了潜艇的耐压壳体在不同循环次数下疲劳热点的疲劳寿命,并将结果与使用建立极限状态方程的一阶二次矩法估算的疲劳寿命进行了比较和分析.     

超大型浮体柔性连接器疲劳强度模型试验

为了保证超大型浮体的作业安全,需要精确评估连接器结构疲劳强度。文章针对一种由尼龙柔性夹层和环肋加强圆管轴构成的铰接式连接器,开展了疲劳强度模型试验,测量了热点应力、疲劳寿命和裂纹扩展。考虑接触、柔性层以及开孔的影响,采用三维有限元方法计算了连接器结构应力,分别基于S-N曲线和裂纹扩展,给出了柔性连接器疲劳寿命评估方法。比较分析表明,计算得到的连接器结构应力和疲劳寿命与模型试验结果吻合,文中方法可用于柔性连接器结构疲劳强度设计     

沥青路面结构两阶段寿命预估

基于传统疲劳强度理论，用修正系数的方法来估计裂缝扩展阶段的寿命没有任何的理论依据。提出两阶段方法预估沥青路面结构的疲劳寿命，运用有限元方法对沥青路面进行疲劳断裂分析，研究沥青路面裂缝的扩展规律。     

基于工程简化的Topside管廊结构疲劳寿命分析

对“船形”海洋工程结构的疲劳评估方法进行了详细讨论,并结合有限元法,采用工程简化实用的疲劳评估方法,对某海洋工程Topside管廊结构的疲劳损伤和疲劳寿命进行计算分析,验证了该结构抗疲劳设计的合理性。此疲劳分析过程简单方便,可为类似工程结构的疲劳寿命分析提供参考。     

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.     

Fatigue analysis of ship structures with hinged deck design by finite element method. A case study: Fatigue analysis of the primary supporting members of 4900 PCTC

In the design phase of a 4900 PCTC (Pure Car/Truck Carrier) with hinged deck design, fatigue behavior and fatigue life is investigated for various structural details. The global finite element analysis shows high local stress concentrations at the connections of various details. In this article, the detailed analysis of the investigation of fatigue analysis and fatigue life of the connection between the vertical side web and the main deck (deck 5) of the entire vessel is performed according to Det Norske Veritas (DNV) Rules. In order to achieve more accurate results, three types of finite element analysis (global finite element model, fine-mesh finite element model and stress concentration models) are hierarchically used. The investigation for finite element analysis for fatigue analysis is based on the approach using hot spot stresses.     

海洋平台疲劳寿命的仿真计算及应用

本文介绍了对海洋平台的疲劳寿命进行仿真的相关技术,在合理简化的基础上建立其桩腿与桩靴的有限元分析模型。利用数字仿真软件及相关法规指南计算海洋平台的疲劳生命期。所得结果能为工程师在评估各项权衡因素时能做出相对明智的抉择,从而实现预期的寿命,以及优化结构,保证海洋平台安全可靠的作业具有重要意义。     

弯曲载荷作用下含切口T型节点表面裂纹应力强度因子计算

含裂纹修理切口T型节点的切口底部易于产生疲劳损伤,因而需要对该处新萌生的表面裂纹的疲劳寿命进行估算,以评判下次检修的时间.本文采用基于线弹性断裂力学的有限元方法,对弯曲载荷作用下于修理切口底部产生的表面裂纹最深处的应力强度因子进行了计算.计算结果表明,对于同一类型节点,在相同裂纹深度下,裂纹底部的应力强度因子随着a/c的减小而增大.进而,根据修理切口的不同形状,给出了一组具有一定工程适用范围的回归公式.根据基于线弹性有限元计算结果得出的经验公式,对含修理切口T型节点切口底部萌生的表面裂纹扩展规律进行分析,得出了不同裂纹深长比下,裂纹深长增量比随裂纹深度的变化曲线.在数值计算的基础上,采用船用普通钢制备的试件,对切口底部萌生的表面裂纹进行试验研究,描述了在交变弯曲载荷作用下裂纹形貌的变化规律.试验结果表明,试验数据点与计算曲线相比,具有较高的一致性,验证了根据有限元计算结果提出的拟合公式的精度.     

打磨处理改善焊缝疲劳性能的试验研究

由于高强度钢的使用，船舶结构许用应力水平的提高，船舶结构的疲劳强度越来越受到关注。船舶结构的疲劳寿命取决于其焊接结构的疲劳寿命。因此，了解焊缝几何参数对焊件疲劳强度的影响以及采用经济实用的方法改善船舶结构的疲劳性能是十分重要的。本文首先对焊缝几何参数对焊件疲劳寿命的影响进行了分析，在此基础上用ABS钢和945钢两种钢板做试件，分别进行了简单拉伸实验及打磨和未打磨条件下对接接头的疲劳试验。试验结果表明焊件的疲劳寿命可以通过打磨焊缝得到改善；尤其对于高强度钢焊件。试验还说明手工打磨焊缝和机械磨削焊缝对焊件疲劳强度的改善效果差别很大，疲劳寿命的分散性也很大。因此，应当对改善焊件疲劳寿命的工艺进行更详细的研究。