基于规范方法的小水线面双体船疲劳强度研究

论文介绍了船舶结构疲劳强度评估基本原理,并对一条2200t级小水线面双体船进行规范法疲劳强度评估。针对小水线面双体船结构特点,采用规范进行疲劳载荷计算；结合全船有限元计算结果进行疲劳部位筛选；采用有限元法提取疲劳部位的热点应力,并计算疲劳部位的累积损伤度。分析计算结果,提出疲劳部位优化方案。     

小水线面双体船典型节点抗疲劳设计

小水线面双体船结构形式特殊,结构疲劳问题突出.针对小水线面双体船特殊的结构形式,利用有限元方法对小水线面双体船典型舱段结构应力分布情况进行研究,得到了舱段结构高应力区域所在的位置;对板厚、结构形式、加强方式等影响船体结构节点应力的相关因素进行了详细的比较分析,提出了小水线面双体船典型节点抗疲劳设计方法;并利用该方法对1 350 t典型小水线面双体船进行节点形式优化设计,为小水线面双体船的抗疲劳设计提供参考依据.     

小水线面双体船疲劳强度的规范计算法研究

针对某小水线面双体船,分别采用CCS和DNV相关规范进行疲劳强度评估。充分考虑小水线面双体船的船型特点,对各疲劳规范计算中的难点和差异作了探讨,给出了有关规范使用的一些建议。计算结果对小水线面双体船的疲劳分析和结构设计提供了参考。     

小水线面双体船结构疲劳强度评估

以"小水线面油田交通船"为依托,探讨了小水线面双体船结构疲劳强度的评估方法,包括:疲劳强度评估构件及部位的确定、疲劳载荷、设计应力范围以及累积损伤度计算等问题.     

小水线面双体船疲劳分析S-N曲线法研究

针对小水线面双体船,采用船级社提出的简化计算法、谱分析法和设计波法三种常用S-N曲线法进行典型节点的疲劳寿命计算。对各种方法的计算过程及结果进行比较,归纳它们之间的差异和计算过程中的关键点,还就小水线面双体船疲劳评估方法提出建议。     

小水线面双体船设计载荷研究

横向对开力是小水线面双体船的主要载荷.文章根据CCS(2005)、ABS(1999)规范及船模试验所得载荷值,对小水线面双体船横向对开力的估算公式进行重新回归,提出CCS(2005)修正公式;对规范中小水线面双体船强度校核时合理的载荷大小及相应的工况组合形式进行探讨,提出更为危险的60°/120°斜浪工况组合情况;并选取6种较为严重的典型工况进行全船有限元分析,得到各典型工况下船体结构的应力分布特点,为小水线面双体船的载荷估算及初步设计提供了理论依据.     

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Patran的高速小水线面双体船有限元结构强度分析

利用有限元软件MSC.Patran建立了全船有限元模型.针对小水线面双体船的结构特点提出了总纵弯矩、总横弯矩和水平扭矩等几种载荷的计算公式以及各种不同载荷的组合工况加载方法,对双体船进行有限元数值分析,得到全船的应力及其分布位置.其研究结果为船身减重和局部结构加强作了准备,并为结构设计人员全面、合理地进行强度分析提供了有效参考.本文创新地采取了以全船有限元建模的方式对小水线面双体船的结构强度进行数值模拟,根据应力分布云图进行总体结构优化.     

小水线面双体船减摇鳍的疲劳强度分析

针对某大型小水线面双体船两种连接方式的减摇鳍，即轴连接式和插入式减摇鳍，分别建立有限元模型，计算应力响应传递函数，确定减摇鳍疲劳累积损伤度，并对比两种类型减摇鳍的损伤结果特性。结果表明:减摇鳍与小水线面双体船下潜体相交各个部位热点应力较大，容易产生疲劳问题，且轴连接式减摇鳍的疲劳损伤比插入式的略为严重大，在设计和建造时应对这些部位重点关注。     

小水线面双体船减摇鳍疲劳强度分析

针对某大型小水线面双体船减摇鳍的两种连接方式,即轴连接式和插入式减摇鳍,分别建立有限元模型,计算应力响应传递函数,确定减摇鳍疲劳累积损伤度,并对比两种类型减摇鳍的损伤特性。结果表明,减摇鳍与小水线面双体船下潜体相交各个部位热点应力较大,容易产生疲劳问题,且轴连接式减摇鳍的疲劳损伤比插入式略为严重,在设计和建造时应对这些部位重点关注。     

船舶应力监测系统疲劳监测点的布置

本文针对结构应力监测系统的疲劳监测点选取问题,根据规范初步筛选出疲劳危险点,利用谱分析法和应力集中系数法计算各类危险点的损伤度。基于各危险点损伤和坐标,设计了考虑损伤度和位置的程序进行筛选,进而确定疲劳监测点的位置。最后针对某艘船,运用上述方法确定了疲劳监测点的位置。     

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

组合近似模型在小水线面双体船应力预测中的应用

小水线面双体船受海浪冲击时结构应力的准确预测对保证航行安全具有重要意义.采用有限元软件进行应力的数值仿真需要花费巨大的时间成本,构建近似模型成为解决这一问题的有效途径.由于样本点有限,当选择不适当的近似模型时难以保证近似模型精度,组合近似模型(EMs)技术能避免选择单一近似模型的不足和缺陷.本文采用组合近似建模技术预测小水线面双体船在受海浪冲击时的最大结构应力,并与单一近似模型预测精度进行比较,结果表明,组合近似模型的精度更高,能够有效预测最大结构应力,具有较大的工程实用价值.     

水弹性力学在SWATH船体结构振动响应分析中的应用研究

文章以三维水弹性力学理论为基础,对小水线面双体船的船体振动响应特性进行了分析,预报了该船体在航行时受发电机激励下的振动响应,并与实船测量结果进行了对比,结论表明三维水弹性力学方法在船体受机械激励作用下对于船体振动响应的预报是有效的,可应用于工程设计。     

基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的＂奇异权函数法＂和＂奇异等效裂纹法＂的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的＂奇异应力集中系数＂函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的＂奇异应力等效取值点＂的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。     

Simulation-based fatigue crack management of ship structural details applied to longitudinal and transverse connections

It is of continuing importance for ship structural design to establish a system to compute the growth behavior of fatigue cracks propagating in structural details. In the present paper, a simulation program is developed for multiple fatigue cracks propagating in a three-dimensional stiffened panel structure, where it can predict fatigue crack lives and paths by taking into account the interaction of multiple cracks, load shedding during crack propagation and welding residual stress. Various fatigue crack propagations in longitudinal stiffeners of ship structures are investigated by both the present simulation method and experiments. From these results, it is found that the crack propagation may considerably change, depending on the loading conditions, structural details and residual stress distributions. This means that one could possibly manage to avoid fatal damage of the skin-plate by properly designing the structural details. Furthermore, these results may imply a possibility to realize a rational fatigue crack management if one can estimate the fatigue crack-propagation behavior during the ship lifecycle. The present simulation program may offer a useful numerical tool for this purpose.     

实用船舶结构疲劳评估方法概要

船舶结构的疲劳评估是船舶力学的主要研究领域之一。本文对常用的船舶结构疲劳评估方法——船级社提出的简化方法、谱分析法、设计波法、断裂力学方法,以及概率S-N曲线和概率断裂力学方法进行了概述。首先分别对每种方法中的关键技术细节进行了较为详细的论述,给出了这些技术细节当前的处理方法及存在的主要问题。最后,对各方法进行了总结和概括,指出了每种方法的优缺点,并给出了每种方法未来的研究重点和发展方向。     

小水线面双体船波浪载荷水弹性分析

三维水弹性力学将结构分析的有限元方法与围绕柔性体的势流理论结合起来,为在波浪中航行或驻立的复杂结构的运动和内力分析提供了一个流固耦合的统一分析方法,也为小水线面双体船的分析提供了有效的分析工具.文中将水弹性力学方法和谱分析方法相结合,对1 100吨SWATH船进行波浪载荷预报,并将计算结果与水池模型试验数据及国外相关资料进行了对比,说明了水弹性分析方法对于SWATH设计的合理性.