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。     

散货船连续纵向舱口围板设计

综合考虑散货船设计面临的结构轻量化需求和纵向舱口围板趾端和舱口角隅容易产生裂纹的问题,以21万t散货船为例,提出一种连续的纵向舱口围板结构设计方案。结合HCSR规范,采用有限元分析方法,研究连续纵向舱口围板对整个主甲板区域重量以及对舱口角隅应力和疲劳的影响,结果表明,连续纵向舱口围板方案在散货船上是可行的,该方案可使整个甲板区减重41.54 t,而且舱口角隅处的应力水平和疲劳强度比传统方案有所改善,应力水平下降4.69%,疲劳寿命提高37.64%。与传统的不连续纵向舱口围板相比,连续纵向舱口围板设计方案可实现散货船结构轻量化,消除了舱口围板趾端疲劳裂纹隐患,降低了舱口角隅应力水平。     

椭圆形舱口角隅有限元网格自动划分研究

针对椭圆形舱口角隅网格的自动划分方法,采用MSC.Patran二次开发语言PCL,编制了椭圆形舱口角隅网格的自动划分系统。应用此系统对多个不同尺寸的椭圆形角隅进行了热点应力分析,并且将其与相应尺寸的圆形角隅热点应力作了比较。计算结果表明:椭圆形舱口角隅自由边处的热点应力比圆形舱口角隅处小得多。     

船舶舱口角隅疲劳强度及热点应力研究

舱口角隅部分的疲劳问题是疲劳分析的重要内容。本文建立了某船的全船有限元模型并分别采用嵌入式模型和外部模型对舱口角隅进行细化。比较不同的单元类型、热点应力选取方式对疲劳损伤的影响。同时采用直接计算的谱分析方法计算了舱口角隅的疲劳损伤。发现当选用最大主应力作为热点应力时实体单元计算结果较壳单元偏小。同一类型单元节点数目的不同对损伤结果影响不大。热点应力选取方式对疲劳损伤的计算影响较大,在对舱口角隅疲劳强度进行分析时建议选用最大主应力插值的方式计算热点应力。     

船舶舱口角隅疲劳强度及热点应力研究

舱口角隅部分的疲劳问题是疲劳分析的重要内容.本文建立了某船的全船有限元模型并分别采用嵌入式模型和外部模型对舱口角隅进行细化.比较不同的单元类型、热点应力选取方式对疲劳损伤的影响.同时采用直接计算的谱分析方法计算了舱口角隅的疲劳损伤.发现当选用最大主应力作为热点应力时实体单元计算结果较壳单元偏小.同一类型单元节点数目的不同对损伤结果影响不大.热点应力选取方式对疲劳损伤的计算影响较大,在对舱口角隅疲劳强度进行分析时建议选用最大主应力插值的方式计算热点应力.     

波激振动对超大型集装箱船疲劳强度的影响研究

超大型集装箱船具有开口大、刚度低和航速快等特点,导致其波激振动现象突出,增加了疲劳破坏风险。论文以18, 000TEU箱船为研究对象,考虑对称与反对称模态的共同作用,采用有限元法进行干模态分析。基于三维线性频域水弹性理论,对其进行水弹性效应分析。然后采用谱分析法,通过直接计算求解热点应力响应,结合线性累积损伤法,求得疲劳损伤值和疲劳年限,并将其与刚体理论结果对比,分析波激振动对舱口角隅疲劳的影响。研究表明:当遭遇频率接近船体湿固有频率时,波激振动效应会引起船体载荷高频响应及应力高频响应,使得舱口角隅疲劳累计损伤度大幅增加,疲劳寿命普遍降低约30%～40%,部分节点甚至高达50%多。     

基于HCSR与CSR规范的散货船舱口角隅疲劳计算方法

为比较CSR规范协调后舱口角隅在散货船疲劳评估中的变化和影响,分析HCSR和CSR规范中关于舱口角隅疲劳强度要求的异同,以某散货船为例,完成该实船基于HCSR和CSR规范的舱口角隅疲劳评估,认为HCSR规范的舱口角隅疲劳强度要求有所提高,提出舱口角隅设计建议。     

大开口船舱口角隅应力集中问题研究

建立了大开口船舶舱口角隅应力集中有限元计算模型,讨论了４种应力释放孔孔形以及无应力释放孔时舱口角隅处的应力分布情况,并讨论了加加厚板后的应力分布情况。从实用角度分析了应力释放孔和加加厚板的效果,为解决大开口船舶舱口角隅处应力集中问题提供了计算依据。     

舱口角隅设计的研究

舱口角隅设计是船体结构设计中的一个重要环节。世界上曾经有很多著名的造船学者在这个问题上进行了辛勤的工作。如西曼斯基院士、C·B·莱湼教授、木原教授、秋田教授、狄迦摩教授等人,他们有的在理论上进行了计算和分析,有的做了一系列有价值的试验。这样就对舱口角隅设计,提供了丰富的资料。目前舱口角隅设计工作中,普遍存在的一种不能符合理论要求的现象,例如:角隅半径太小,复钣设计的混乱现象,以及角隅结构的不合理等等,均促使我们有展开深入研究工作的必要。本文首先着重阐述舱口角隅集中应力诱生的原理。对于角隅半径的大小和集中应力的关系,也进行了详细的分析。其次本文重点地介绍了几种常见的舱口角隅加强复钣;分析了它们的优缺点;阐明了设计复钣的原理。并提出了对于今后设计舱口角隅加强复钣的要求。最后,在结构和工艺的观点上,分析了最常见的几种舱口角隅设计,提出了改进意见,并作出结论。     

基于过渡单元的有限元细化法在舱口角隅处的研究

针对集装箱船舱口角隅处的应力计算,提出一种针对舱口角隅处网格的自动有限元精细划分算法。在进行完整船有限元分析后,截取出局部舱口角隅模型进行网格细化,将粗网格计算结果作为细网格模型边界条件,再次进行有限元分析。结果表明细化网格分析能反映出应力梯度比较大的区域的应力变化情况,其分析结果好于整体分析结果。     

基于HCSR的散货船底边舱折角优化设计

以某18万吨级散货船为例,以焊接型底边舱折角和圆弧型底边舱折角2种形式为研究对象,对散货船底边舱折角进行优化设计。分别选择轻货舱、重货舱和重压载舱分析结构布置形式对应力水平和疲劳的影响;从应力、疲劳和工艺等方面对焊接型折角和圆弧型折角进行比较。在此基础上,研究圆弧半径对折角应力和疲劳的影响。     

基于谱分析方法的超大型集装箱船舱口角隅结构设计

分析超大型集装箱船舱口角隅区域容易发生疲劳的位置,并基于线性累积损伤理论,论述谱分析方法原理,提出一种在疲劳谱分析时的加强方案快速研讨方法,总结设计阶段舱口角隅位置的几种加强方案,并分析了制造阶段常用的几种后处理方法。     

基于疲劳强度的超大型集装船角隅优化设计

对于集装箱船而言,货舱角隅处一般存在结构形式的突变,在船体梁发生弯曲、扭转变形时,角隅承受着较大的弯曲正应力及翘曲应力,存在较严重的疲劳问题。本文以MARIC设计的某20000 TEU级超大型集装箱船为例,介绍了货舱内20 ft角隅、箱角角隅及舱口角隅的优化设计思路,通过有限元方法验证了优化方案的有效性。     

基于疲劳强度的超大型集装船角隅优化设计

对于集装箱船而言,货舱角隅处一般存在结构形式的突变,在船体梁发生弯曲、扭转变形时,角隅承受着较大的弯曲正应力及翘曲应力,存在较严重的疲劳问题。本文以MARIC设计的某20000 TEU级超大型集装箱船为例,介绍了货舱内20 ft角隅、箱角角隅及舱口角隅的优化设计思路,通过有限元方法验证了优化方案的有效性。     

油船底边舱折角点的优化设计

从斜板角度和折角形式两个方面对油船底边舱的上、下折角点进行优化设计。以常规的焊接型折角为研究对象,分析了四组不同斜板角度的有限元模型。根据应力和疲劳寿命曲线,得到了斜板的最优角度。比较了圆弧型折角与焊接型折角的应力水平与疲劳寿命。结果表明:圆弧过渡能降低上、下折角点的应力峰值,焊接型折角的嵌接肘板能提高下折角点的疲劳寿命。在此基础上,研究了圆弧型折角对斜板最优角度的影响。     

基于HCSR的散货船底边舱折角优化设计

以某18万吨级散货船为例,以焊接型底边舱折角与圆弧型底边舱折角两种形式为研究对象,进行优化设计。分别选择轻货舱、重货舱及重压载舱分析了不同结构布置形式对应力水平及疲劳的影响；从应力、疲劳、工艺等方面比较了焊接型折角与圆弧型折角；在此基础上,研究了圆弧半径对折角应力及疲劳的影响。     

船体典型结构节点抗疲劳设计

利用抗疲劳设计优化方法对油船、散货船和集装箱船的典型结构节点进行分析,梳理若干典型节点的抗疲劳设计标准。部分典型结构节点如舱口角隅等的抗疲劳设计标准可作为疲劳校核的等效方法。在设计时,通过疲劳强度计算改进结构详细节点的设计,以保证船体构件的疲劳寿命能满足要求。     

基于共同规范的散货船货舱口角隅疲劳强度评估

根据《散货船结构共同规范》（CSR）中疲劳强度评估的要求,使用MSC.Patran/Nastran和中国船级社开发的CSR自动加载程序,对176 000 dwt散货船货舱口角隅处进行疲劳强度分析。建立货舱口角隅处的结构有限元模型并细化网格,进行热点应力分析,根据线性疲劳累计损伤原理,进行了疲劳累计损伤计算,结果表明货舱口角隅处的疲劳强度满足规范要求。     

双体船大开口角隅节点疲劳强度优化方法研究

与同样吨位的单体船相比,双体船具有更大的甲板面积、更大的舱容。在双体船大开口角隅位置,由于应力集中,更容易引起疲劳损伤的迅速积累。因此,在结构设计中,角隅位置的疲劳强度一直是工程界关心的部分。本文使用谱分析方法研究双体船角隅节点的疲劳强度。在疲劳校核基础上对角隅位置进行优化设计,研究增加板厚和增设肘板对角隅处疲劳强度的影响。在此基础上分析不同优化方法的适用性,为船舶设计与安全性能提供适当的建议。     

双体船大开口角隅节点疲劳强度优化方法研究

与同样吨位的单体船相比,双体船具有更大的甲板面积、更大的舱容。在双体船大开口角隅位置,由于应力集中,更容易引起疲劳损伤的迅速积累。因此,在结构设计中,角隅位置的疲劳强度一直是工程界关心的部分。本文使用谱分析方法研究双体船角隅节点的疲劳强度。在疲劳校核基础上对角隅位置进行优化设计,研究增加板厚和增设肘板对角隅处疲劳强度的影响。在此基础上分析不同优化方法的适用性,为船舶设计与安全性能提供适当的建议。