半潜式平台关键结构选取及疲劳寿命计算

以南海某半潜式平台为研究对象,基于SESAM软件建立有限元模型,计算平台整体结构强度,筛选应力集中区域作为疲劳计算的关键区域。选取截面特征载荷,计算剖面载荷处的运动响应和长期预报幅值。在GeniE模块中,采用SET分组的形式建立局部模型代替Submod模块使用的子模型计算,并对关键区域细化网格。在Stofat模块中计算节点处的疲劳损伤,根据S-N曲线计算疲劳寿命。结果表明,在平台关键区域1和区域2的节点疲劳损伤较大、寿命较短。因此,在半潜式平台服役期间,需要对关键结构部位进行定期检修和维护,以保证平台可正常运营。     

基于SESAM软件的张力腿平台疲劳强度分析

以张力腿平台为研究对象,建立有限元模型,通过对结构进行总体强度分析,确定疲劳关键区域和关键点。然后建立关键区域的局部模型,对局部模型的网格划分方法进行研究,利用SESAM软件中的Sestra模块计算应力传递函数。最后基于Stofat模块,采用线性外推法得到疲劳关键点处的热点应力,根据S-N曲线,计算出结构的疲劳寿命。结果表明,张力腿平台的疲劳强度满足设计寿命要求。     

基于SESAM软件的张力腿平台疲劳强度分析

以张力腿平台为研究对象,建立有限元模型,通过对结构进行总体强度分析,确定疲劳关键区域和关键点。然后建立关键区域的局部模型,对局部模型的网格划分方法进行研究,利用SESAM软件中的Sestra模块计算应力传递函数。最后基于Stofat模块,采用线性外推法得到疲劳关键点处的热点应力,根据S-N曲线,计算出结构的疲劳寿命。结果表明,张力腿平台的疲劳强度满足设计寿命要求。     

海上石油浮式生产系统疲劳校核分析

船体结构的疲劳一直是船体结构的一种重要的损伤现象。特别是高强度钢在船体结构中的广泛使用，使船体结构的疲劳破坏问题更加突出。本文以一艘15万吨浮式生产储油系统(FPSO)为例，根据FPSO自身的结构特点和其特殊的工作状态，详细介绍了对FPSO进行疲劳分析的基本过程，包括FPSO疲劳校核区域的确定，波浪统计预报、主要校核部位的疲劳计算方法和过程。     

半潜式生产平台立柱与上部模块连接结构设计优化及可靠性分析

半潜式生产平台是一种适用深海油气资源开发的主流装备,相比半潜式钻井平台,其在结构强度和疲劳分析方面有更高的要求。文章在规范设计及校核的基础上,采用三维结构有限元数值分析法,对半潜式生产平台关键结构优化设计和可靠性分析进行研究,以求平台关键结构区域应力状态更合理优化;基于蒙特卡洛法,针对海洋工程环境条件的复杂性和不确定性,引入载荷随机概率变化设定,进一步对关键结构进行可靠性分析及优化,以关注结构强度的可靠性。     

岸边集装箱起重机金属结构疲劳寿命研究

以岸边集装箱起重机为研究对象，研究在产品设计阶段对金属结构疲劳寿命进行预测的基本计算方法，并编制计算程序，对结构在一定工作条件下的疲劳寿命进行计算分析。     

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。     

基于船基海冰参数现场测量的极区船舶结构冰激疲劳损伤分析

论文建立了一种极区船舶结构冰激疲劳评估方法。基于极地科学考察船在北极现场的测量数据，分析得到海冰的统计特性；由冰厚和航速的联合概率分布，得到极区环境航行的典型工况。采用离散元方法建立船-冰作用模型，获取不同工况下船首局部区域的冰载荷分布。将局部冰载荷施加在船首有限元模型的对应区域，采用插值方法计算热点区域应力幅值和循环次数。根据累积疲劳损伤理论，将各工况的疲劳损伤叠加，得到总损伤。为验证该方法的准确性，将船舶结构冰激疲劳寿命计算结果与英国劳氏船级社规范进行了对比分析。结果表明，该方法可很好地应用于极区船舶结构冰激疲劳设计。     

支线集装箱船整船强度和疲劳有限元分析

在分析UR S11A和S34生效后的集装箱船整船屈服、屈曲要求的基础上,以1艘支线集装箱船为对象,计算得到目标船整船结构各个计算工况下的应力分布,完成整船屈服、屈曲强度评估和疲劳筛选及评估,分析发现支线集装箱船艏、艉非货舱区域结构和货舱区域的横向结构,以及整船重点区域的疲劳问题不容忽视。在设计时,对上述区域结构应重点关注,必要时建议选择装载手册中最危险的工况开展整船屈服、屈曲和疲劳评估并作适当加强。     

船体直翼桨区域结构疲劳时域分析

针对船体直翼桨区域的结构疲劳问题,基于应力叠加原理,探讨激振载荷和波浪载荷联合作用下的结构响应时域计算流程.在此基础上,提出了该区域的结构疲劳时域分析方法.通过对某船进行疲劳损伤计算,分析了激振载荷和波浪载荷对疲劳寿命的影响.结果表明,2种载荷对直翼桨区域结构疲劳损伤占比较大,其中在靠近船体中线面附近,波浪载荷对结构疲...     

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。     

基于雨流计数法及Corten-Dolan准则的轴承疲劳寿命预测

船舶轴承是船舶推进系统中的重要支撑部件，其稳定可靠的工作状态是推进轴系健康服役的重要保障。由于轴承的破坏形式主要为材料疲劳磨损引发的故障失效，故开展船舶轴承的疲劳磨损状态研究就显得尤为重要。本文针对轴承结构疲劳损伤问题，通过MATLAB软件实现雨流计数法原理的计算机语言编写，研究了四点雨流计数法对船舶轴承危险节点的动态应力分析应用，并提取出对应的循环应力载荷谱。考虑平均应力的影响，运用Gerber曲线对统计得到的循环载荷进行等寿命转化。最终利用轴承材料S-N曲线，结合Corten Dolan准则进行疲劳寿命预测计算，得出船舶轴承在相应外部循环载荷作用下的最终寿命。为轴承的设计和优化提供了理论参考依据，对船舶轴系运行管理具有重要的现实意义。     

考虑检测维修更新的船体梁时变可靠性分析

目前对服役期内船舶时变可靠性的分析,主要考虑疲劳和腐蚀这两类损伤随时间累积对剖面模数的影响,但很少考虑检测维修因素对损伤的修复作用.本文以某疏浚船为例,通过Matlab软件编程,以船体梁总纵强度为分析对象,建立极限状态方程,定量计算疲劳和腐蚀随时间对剖面模数造成的折减,并定量分析了疲劳裂纹和腐蚀板件检测维修的影响,对船舶的时变可靠性进行分析.计算结果表明,疲劳裂纹和腐蚀损伤随时间累积均会引起船体梁时变可靠度降低,且腐蚀是时变可靠度降低的主要因素;对裂纹和腐蚀板件的检测维修能恢复船舶的可靠度,时变可靠度恢复的效果与裂纹检测精度和腐蚀板件最小允许折减量比率有关.建议在后续研究中将对损伤的检测维修因素纳入分析.     

A reliability approach to fatigue crack propagation analysis of ship structures in polar regions

Fatigue is a common failure mode in ship structures. For structures with an initial crack, the fatigue crack propagation behavior needs to be considered. The purpose of this study is to establish a procedure for analysis of fatigue crack propagation of ship structures in combination with reliability methods. The stress intensity factor (SIF) and geometry correction factor are calculated by means of finite element analysis. Validation for the SIF calculation is achieved by comparing the computed results with those based on related solutions. Since fatigue damage usually occurs in weld areas, the effect of such components on the fatigue crack propagation behavior was also considered in this work. The Paris law in combination with the Monte Carlo technique are employed for the fatigue crack propagation analysis in this study. Reliability updating based on inspection for cracks is also carried out. A computer program was developed for the purpose of fatigue crack propagation analysis within the framework of reliability methods. An application example of fatigue crack propagation in relation to the hull of the icebreaker Xuelong 2 is presented. The sensitivity of the procedure to key analysis parameters (sample size, initial crack size) is also considered. Finally, the effect of low temperatures on the computed results is also analyzed.     

Onboard monitoring of fatigue damage rates in the hull girder

Most new advanced ships have extensive data collection systems to be used for continuous monitoring of engine and hull performance, for voyage performance evaluation etc. Such systems could be expanded to include also procedures for stress monitoring and for decision support, where the most critical wave-induced ship extreme responses and fatigue damage accumulation can be estimated for hypothetical changes in ship course and speed in the automatically estimated wave environment.The aim of this paper is to outline a calculation procedure for fatigue damage rate prediction in hull girders taking into account whipping stresses. It is conceptually shown how such a method, which integrates onboard estimation of sea states, can be used to deduce decision support with respect to the accumulated fatigue damage in the hull girder.The paper firstly presents a set of measured full-scale wave-induced stress ranges in a container ship, where the associated fatigue damage rates calculated from a combination of the rain-flow counting method and the Palmgren-Miner damage rule are compared with damage predictions obtained from a computationally much faster frequency fatigue analysis using a spectral method. This analysis verifies the applied multi-modal spectral analysis procedure for fatigue estimation for cases where hull girder flexibility plays a role.To obtain an automated prediction method for the fatigue damage rates it is in the second part of the paper shown how a combination of the full-scale onboard acceleration and stress measurements can be used to calculate sea state parameters. These calculated environmental data are verified by a comparison to hindcast data.In the third part of the paper the full-scale fatigue stress ranges are compared to results from an analytical design oriented calculation procedure for flexible ship hulls in short-term estimated sea states.Altogether, it is conceptually shown that by a combination of the onboard estimated sea state parameters with the described analytical fatigue damage prediction procedure a method can be established for real-time onboard decision support which includes estimates of fatigue damage rates.     

Fatigue assessment by spectral approach for the ISSC comparative study of the hatch cover bearing pad

Fatigue analyses were carried out using a spectral approach in the ISSC comparative study of the hatch cover-bearing pad (Marine Struct 15 (2001) 1; 14th International Ship & Offshore Structures Congress, Nagasaki, Japan, 2000). The predicted fatigue life was 5.3 years for the structural detail. For the same detail, the fatigue life predictions of the classification societies were between 2 and 21 years (Marine Struct 15 (2001) 1; 14th International Ship & Offshore Structures Congress, Nagasaki, Japan, 2000). In addition, several parameter variations were applied in the present study using various sea areas, speeds and three different models for the fatigue strength. The predicted fatigue lives varied from 3 to 6 years. In the results of the spectral analyses, clear differences in fatigue lives were observed between moderate and severe sea areas. This also indicates that defining the environmental conditions of the ship, i.e., sea areas and occurrence probabilities of different sea states, is important in addition to the operational profile of the ship. The predicted fatigue lives are short for the analysed detail. If the true fatigue life is over 20 years, the study indicates that the fatigue strength or the fatigue loading models underestimate the fatigue life. The methodologies in fatigue analysis include rather significant uncertainties, especially in defining the fatigue loading.     

CSR散货船结构强度有限元分析中的若干问题

散货船和油船协调后的共同结构规范(HSR)将于2011年生效。为促进规范的发展,使之符合IMO目标型船舶标准(GBS)的要求,从整体舱段有限元分析、详细应力评估和疲劳强度评估的热点应力分析3个方面阐述了散货船共同结构规范的不足之处,并提出了相应的建议。     

船舶典型节点疲劳强度试验及S-N曲线拟合方法研究

疲劳评估的关键问题是S-N曲线的选取,对于某些结构复杂的大型船舶特有的结构形式,现有规范没有合适的S-N曲线.为了更合理准确地进行结构疲劳强度研究,本文选取某型具有复杂结构的船舶,用实尺度模型试验的方法研究几种典型节点的S-N曲线特性.通过全船有限元谱分析疲劳强度计算,筛选出疲劳问题重点关注区域,确定模型试验部位;根据疲劳问题严重区域的实船结构,设计加工典型节点实尺度疲劳试验模型;确定多个加载工况,进行典型节点疲劳强度试验,获取典型节点多种载荷工况下的疲劳寿命值,在此基础上,研究得到各节点S-N曲线及P-S-N曲线;应用试验所得P-S-N曲线,对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,并与规范S-N曲线结果进行了对比,指出了它们的差异.     

大型矿砂船复杂节点疲劳寿命分析方法研究

本文基于中国船级社疲劳指南中散货船的总体要求,结合大型矿砂船结构布置与实际装载模式的特点,建立了针对矿砂船复杂节点的疲劳强度评估方法。通过对实船装载数据的统计,提出了适用于疲劳评估的典型装载工况及各工况静水弯矩系数、时间分配系数和相关运动参数的推荐值。基于本文的评估方法,对三型矿砂船复杂节点的结构疲劳寿命进行了分析,筛选得到矿砂船疲劳评估的关键位置,并总结了共性规律。本文研究工作可为大型矿砂船疲劳强度评估提供参考。     

随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展

船舶等许多工程结构在服役过程中的受载荷历程是一个随机过程.而变幅载荷下的载荷相互作用对疲劳裂纹扩展寿命将产生显著的影响.因此研究随机载荷作用下的裂纹扩展及定量计算对船舶结构的疲劳寿命预测的可靠性是十分重要的.该文提出了一个基于有效应力强度因子,以应力比和裂纹尖端塑性区尺寸为主要参数的随机载荷作用下疲劳寿命预测模型.该模型用于预测几种载荷谱作用下的裂纹扩展试验,结果表明预测结构和实验结果符合得很好.