焊接结构多轴疲劳寿命预测结构应力法

海洋工程焊接结构形式复杂且遭受随机波浪载荷作用,焊接接头多数处于多轴疲劳状态,而目前工程上主要采用基于单轴疲劳理论和试验的方法预测结构的疲劳寿命。为了提高焊接结构疲劳寿命预测的准确性,文章提出了一种评估焊接接头疲劳强度的新型结构应力法,并与临界面理论相结合,能够用于实际焊接结构的多轴疲劳寿命预测。通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析,证明了文中提出的结构应力法比传统的热点应力法具有更高的精度,以及该方法应用于焊接结构多轴疲劳寿命预测的可行性。最后,应用该方法对一个T型管节点进行了多轴疲劳寿命计算。     

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...     

基于累积塑性破坏的船体缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命研究

结合循环应力-应变曲线,获得N次载荷循环后船体缺口板累积塑性应变值,根据Neuber公式和Manson-Coffin方程建立了循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体缺口板低周疲劳裂纹萌生寿命的计算模型。通过有限元计算讨论了循环载荷的平均应力、应力幅值、应力比及尺寸效应的影响;所建立模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估单轴循环载荷下缺口板的低周疲劳裂纹萌生寿命以及提高船舶安全性有重要意义。     

船体裂纹板双轴非比例低周疲劳载荷下累积塑性行为研究

在恶劣海况中伴随着多轴高应力、低循环交变载荷作用下，船体结构不仅会出现多轴低周疲劳破坏，而且还存在着明显的累积塑性破坏。本文通过实验研究在双轴非比例低周疲劳载荷作用下，材质为Q235钢的船体斜裂纹板累积塑性损伤行为，提出双轴非比例低周疲劳载荷下基于累积塑性的裂纹板双轴非比例低周疲劳寿命预测模型。通过分析不同双轴非比例低周疲劳载荷下裂纹板的应力应变迟滞回线，重点探究不同双轴比、应力比和相位差等对低周期疲劳累积塑性变形的影响。研究结果可为准确评估在双轴非比例低周疲劳作用下船体结构断裂破坏行为提供重要依据。     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。     

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。     

基于改进McEvily模型的结构压-压疲劳寿命预测方法

潜水器在下潜过程中其耐压结构大部分区域处于压缩应力状态,所受压力随潜深的改变而改变,将有可能导致耐压球壳发生疲劳破坏,而压-压载荷下的疲劳问题与常规疲劳分析有着很大的不同,因此研究结构的压-压疲劳寿命具有重要意义。本文基于断裂力学理论,采用改进的McEvily裂纹扩展速率模型,预测压缩循环载荷下的深海结构物疲劳寿命。采用有限元方法建立结构模型,研究了裂纹尖端区域有限元单元尺寸的影响,采用多载荷步分析结合节点释放技术计算得到了压缩循环载荷下沿着裂纹扩展平面的残余拉应力和应力强度因子,结合改进的McEvily模型计算得到裂纹扩展寿命曲线。最后,以承受单向循环压缩载荷的双边裂纹板为例,阐述了本文的计算方法,并将计算结果与试验结果进行对比,结果表明本文的压缩疲劳寿命分析方法可行、有效,可为相关承受循环压缩载荷下的结构疲劳寿命评估提供参考。     

一种基于累积损伤理论和裂纹尖端弹塑性应力场的裂纹扩展预测方法

文章提出了一种预测疲劳寿命的应力循环叠加和损伤循环叠加的双重叠加方法。该方法依据累积损伤理论,通过分析变幅载荷下裂纹尖端的应力场,采用应力循环叠加的方法反映残余应力的影响;同时利用SWT应力应变和寿命的关系,循环叠加裂尖损伤。该方法能够很好地反映过载时裂纹扩展的迟滞效应,适合变幅载荷下疲劳寿命的评估分析。     

弯扭组合载荷下圆轴表面裂纹应力强度因子计算

传动轴往往承受弯扭组合载荷的作用,准确计算弯扭组合载荷下轴上半椭圆表面裂纹的应力强度因子对于传动轴的疲劳寿命预报来说十分重要。本文讨论了扭转载荷下裂纹前缘各点的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子计算和网格质量之间的关系,对扭转载荷下Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子沿裂缝前缘的分布情况进行研究;并对弯扭组合载荷下轴上半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行分析。结果显示在扭转载荷下裂纹最深点仅有Ⅲ型应力强度因子存在,沿裂纹前缘其他各点不仅存在Ⅲ型应力强度因子,还存在着不可忽视的Ⅱ型应力强度因子。弯扭组合载荷下的裂纹是Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹,且弯扭组合载荷下的表面裂纹各型应力强度因子可以视作分别施加弯曲和扭转载荷下同型应力强度因子的叠加。所得结论可为传动轴类构件疲劳寿命预报提供参考。     

一种考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度的计算方法

提出一种实用的计算和分析方法来考虑砰击载荷对双体船湿甲板处结构疲劳强度的影响,保证疲劳寿命预报的精度。首先,根据线性理论计算船体与波浪之间的相对运动和相对速度,并计算船体结构在波浪载荷作用下的应力响应;然后,计算湿甲板在砰击载荷作用下的非线性响应,再将线性响应与非线性响应通过方向性进行叠加,得到波浪载荷与砰击载荷联合作用的应力响应时历;最后,通过雨流计数法计算双体船在危险工况下的湿甲板疲劳损伤。研究结果可为考虑砰击载荷的双体船湿甲板疲劳强度评估提供一些参考。     

疲劳强度对船体结构设计的影响

船舶中的销轴结构在工作过程中的受力情况类似于一悬臂梁。船舶在航行过程中的激励载荷会使销轴上的支撑结构做轻微晃动,造成销轴末端受到较大应力,导致销轴结构疲劳寿命较差。为了提高某船用销轴结构疲劳寿命,改善其设计质量。本文构建销轴的三维结构,并采用有限单元法建立销轴结构双工况有限元模型,获得销轴结构应力分布以及销轴末端位移参数。并将随机载荷谱、疲劳寿命曲线、有限元法相结合,获得销轴结构在外界随机激励载荷情况下的疲劳破坏点,该方法同样可为船舶其余结构设计提供参考。     

海洋钢结构疲劳裂纹扩展预报单一扩展率曲线模型

采用基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预报方法对海洋钢结构的安全寿命进行评估,首先要解决变幅载荷作用下的裂纹扩展率问题,其次是复杂应力场中的应力强度因子计算问题.文章将裂纹扩展率单一曲线模型结合焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法来探讨复杂载荷作用下海洋钢结构的疲劳寿命预报问题.裂纹扩展率单一曲线模型的思想是将任意载况下的应力强度因子等效到R=0的应力强度因子,并假定超载不影响材料的裂纹扩展率,而是使等效应力强度因子幅减小.使得复杂载荷下的疲劳寿命预报也仅需要对应于R=0时的裂纹扩展率材料常数,从而解决复杂载荷下裂纹扩展率材料常数的确定问题.文中给出了适合于海洋钢结构的裂纹扩展率曲线,焊趾表面裂纹应力强度因子以及残余应力引起的应力强度因子的计算方法.     

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     

圆筒形生活平台开孔疲劳寿命评估

对圆筒形生活平台主船体结构中的开孔及其周围的加强进行疲劳寿命评估,通过应用子模型技术较好地实现开孔附近结构和网格的细化,选取施加最大动载荷的单一工况来计算最大的应力幅值,结合简化疲劳分析方法对各种疲劳敏感的节点类型进行疲劳寿命评估,结果表明,经加强的开孔,其疲劳寿命满足平台设计寿命的要求.     

高速双体船舶舾装件抗风结构疲劳损伤分析

常规疲劳损伤分析方法,判定不同线型构件对风载荷的影响时,构件尺度参数计算值存在偏差,导致获取响应应力值偏差较大。针对这一问题,提出高速双体船舶舾装件抗风结构疲劳损伤分析方法。建立舾装件抗风结构有限元模型,加载风载荷到结构模型,计算船体形状修正系数,修正抗风结构尺度参数,反映舾装件线型对载荷的影响,得到不同疲劳工况下,载荷承受体的响应应力变化规律,累积应力损伤,确定船舶航行周期内的疲劳损伤。设置3组疲劳工况,进行对比实验。结果表明,设计方法相比常规方法,应力值误差分别减小0.21%,0.15%,0.11%,提高了响应应力值的获取准确度,更有助于疲劳工况下应力损伤的判定。     

考虑焊接残余应力释放的结构疲劳寿命分析方法研究

焊接残余应力对于焊接结构的疲劳寿命产生很显著的影响,同时循环载荷作用下焊接残余应力会出现释放现象,因此有必要对焊接件疲劳寿命预测方法进行研究.基于改进的McEvily疲劳裂纹扩展速率模型,同时结合课题组研究得到的AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,提出考虑焊接残余应力释放的结构物疲劳寿命计算方法.随后,以潜艇锥柱耐压壳的疲劳为例,详细阐述了本文提出的疲劳寿命分析方法的计算流程.考虑耐压壳焊接顺序影响,分析了含半椭圆表面裂纹的锥柱耐压壳疲劳寿命.对比文献的试验结果,表明焊接结构疲劳寿命计算公式有较好的预测效果,可以用于评估带表面裂纹焊接件在拉伸循环载荷作用下的疲劳寿命.     

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。     

内河趸船系泊设施疲劳分析

基于Miner线性累积损伤准则,提出当只考虑内河趸船系泊设施的系缆、系锚应力变化作为引起疲劳损伤的主要因素时,对其系泊缆绳、锚链进行疲劳分析的具体实施步骤。以某内河斜坡式码头工程项目为依托,计算得到在4种随机过程情况下,各系泊缆绳、锚链在整个疲劳寿命期范围内的日均系缆、系锚应力-历时曲线。基于该应力值样本,计算各缆绳、锚链的累积疲劳损伤,并预测其疲劳寿命年限。该疲劳分析方法不仅可以为内河趸船系泊设施的安全隐患整改提供强有力的技术支撑,同时也能为内河新建码头工程项目提供技术储备。     

管节点在面内弯曲载荷下的静力与疲劳试验研究

本文介绍了一组5个大尺度T型管节点在面内弯曲载荷下进行静力和疲劳试验研究的概况。研究了热点应力范围概念及现有S－N设计方对承受面内弯曲载荷的管节点的适用性。给出了应力分析和疲劳试验的主要结果，也给出了曲型的裂纹扩展特性，并将试验结果与轴载下的试验结果进行了比较。面内弯曲载荷下的管节点，应力分布趋于均匀，应力集中系数显著下降，疲劳寿命只有随轴载的管节点的疲劳寿命的50％左右。     

大型集装箱船高强度厚钢甲板安全寿命评估方法

疲劳是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一.高强度钢的应用使得结构的疲劳问题更加突出.对于采用以高强度厚钢板为甲板的大型集装箱船来说,有必要进行高强度厚钢板的焊接缺陷部位安全寿命评估方法研究.以应力范围的长期分布服从两参数Weibull分布的随机载荷为疲劳载荷,裂纹扩展率采用单一曲线模型预报裂纹在任意时刻的尺寸,结合应力强度因子并参考应力计算方法和失效评估图技术提出一套计算集装箱船高强度钢厚钢板安全寿命评估的方法.通过编制计算程序,对某集装箱船甲板进行安全寿命计算.最后,分析疲劳载荷谱对安全寿命的影响.计算结果表明：载荷回复期的长短和Weibull分布的形状参数的取值都会极大影响结构疲劳安全寿命.