基于水动力—结构模型的VLGC强度和疲劳分析

超大型全冷式液化气船（VLGC）是国际上公认的设计及建造技术难度最大的船型之一,VLGC波浪载荷是船舶设计计算分析的重要载荷,准确的评估波浪载荷对船舶强度的设计非常重要。论文从DNV先进的水动力计算软件HydroD对VLGC船满载和压载工况下的波浪载荷进行了计算,得到了VLGC船相应工况下的运动响应和短期预报、长期预报值,并把计算出的波浪载荷传递到全船结构有限元结构模型中,加载分析得到了VLGC船的应力分布,对相应地方做了适当改进和加强,并对典型节点进行疲劳强度分析,得到了典型节点的疲劳寿命。对VLGC船整个波浪载荷传递到有限元模型的这一套流程做了分析和研究,也为进一步应用水动力方法计算其它船型的结构强度和疲劳寿命打下了良好的基础。     

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.     

船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算（英文）

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应。为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度。将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式。应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算。计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进。     

船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应.为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度.将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式.应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算.计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进.     

FPSO典型节点疲劳寿命分析

FPSO在服役期间长期承受由波浪等引起的不断变化的交变载荷,为保证其安全工作,有必要对FPSO进行疲劳寿命分析。首先选取FPSO的舭部与船底连接处(典型节点一)以及肋板与纵舱壁连接的肘板趾端(典型节点二)作为疲劳校核的典型节点部位;然后通过建立典型节点一和典型节点二精细网格有限元模型进行局部应力分析,由线性插值法得到典型节点处的热点应力;最后基于双壳油船共同结构规范(JTP)中的S-N曲线疲劳分析方法,对两处典型节点进行疲劳寿命分析,得到疲劳寿命满足船东50年寿命要求的结论。     

随机波浪载荷作用下导管架平台动力响应及疲劳可靠性分析

主要针对波浪载荷作用下导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性进行研究.采用Airy线性波浪理论,将导管架结构离散成空间梁有限单元结构;在此基础上采用结构模态分析方法,编程计算了平台结构在随机波浪载荷作用下的位移、速度、加速度和应力随机响应及其概率统计量.导管架结构疲劳可靠性分析建立在频域响应的基础上,假设结构响应的应力范围服从Rayleigh分布,利用结构应力传递函数得到结构应力响应谱,然后利用Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳寿命的概率分布函数,并考虑结构疲劳强度影响系数的随机性,求得结构在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠性指标.文中所建立方法可用于导管架式平台结构的疲劳安全评估.     

邮轮角隅裂纹应力强度因子计算及疲劳寿命预报

以某大型邮轮泳池角隅为例,采用谱分析法结合断裂力学方法校核角隅结构疲劳寿命.首先通过水动力分析软件计算波浪载荷并施加到全船有限元模型上获得全船结构响应;然后在ANSYS中建立带裂纹的角隅模型结合超单元生成子模型,并施加从全船有限元模型上提取的位移边界条件,进而在计算大量波浪工况下不同长度裂纹的应力强度因子及模拟裂纹扩展路径的基础上回归得到角隅处裂纹应力强度因子计算公式;最后根据ABS推荐的谱分析法构建疲劳载荷谱,结合回归出的应力强度因子公式、单一曲线模型及失效评估图,预报泳池角隅的疲劳裂纹扩展寿命.     

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.     

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.     

导管架式海上风机基础频域疲劳分析

海上风机基础长期受到环境载荷作用，其管节点、过渡段等薄弱部位易产生疲劳破坏，需进行疲劳强度校核。通过有限元软件建立结构模型，参考DNVGL-RP-C203划分结构有限元网格。由AQWA计算波浪载荷，Bladed计算风机气动载荷，使用APDL命令流快速加载、求解并读取结构应力。采用谱分析方法计算载荷单独作用下的结构应力谱，使用谱叠加原理计算风浪同时作用下的结构应力谱，采用Dirlik解析式计算疲劳寿命，完成疲劳校核，并给出优化建议。     

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.     

Fatigue life estimation of explosive cladded transition joints with the use of the spectral method for the case of a random sea state

The problem with fatigue lifetime estimation of explosive cladded transition joints under random loading conditions has been described. The paper presents the fatigue test results performed for the random state of tension-compression under a generated spectrum according to the Pierson-Moskowitz model. The obtained spectrum has a non-Gaussian characteristic. The tested material consists out of a transition joint clad with four layers of aluminium alloy A5083, A1050, Titanium Grade 1 and steel Grade D. The material has been tested for the existence of residual stresses after the welding process with the hole drilling method. The welding process has been also simulated with ANSYS and the residual stresses have been generated for the Goldak volumetric distribution. The obtained values of residual stresses comprise to the values of real tests performed for the hole drilling method. The information about the residual stress values have been taken into account in the process of fatigue lifetime estimation in the form of non-zero mean stresses compensation inside the clad. The fatigue life has been calculated with the use of the frequency domain method. The Goodman mean stress compensation model has been used in the process of residual stress compensation. The non-gaussianity has been compensated with the use of the Bracessi formula. The obtained fatigue life assessment results have been compared with stand test results. The calculated results are within the scatter area of 3, but individual scatter values have been calculated for calculated series.     

单点系泊系统将军柱疲劳分析

渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成,其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一,其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷,作用在结构上会产生疲劳损伤,因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法,通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型,根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力;基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论,通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤;评估结构的疲劳强度,分析易发生疲劳的关键节点位置,并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法,为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。     

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。     

基于等效设计波的船体结构疲劳强度许用应力法

文章总结了中国船级社疲劳强度评估方法中的许用应力范围方法.该方法用10种主要载荷控制参数下的等效设计波作为基本的计算载荷工况,通过基本计算载荷工况进行组合后求解疲劳应力范围.推导了疲劳许用应力范围计算公式和不同概率水平下疲劳应力的转换关系.对不同S-N曲线形式的许用应力范围进行了讨论,给出了中国船级社疲劳强度许用应力范围表格.用实例进行了验证.     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。     

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。