船舶疲劳应力监测系统研究

本文针对船舶疲劳应力监测问题,阐述了监测系统计算监测点累积损伤度和预测剩余疲劳寿命的原理,并建立了船舶疲劳实时监测系统,最后进行了试验验证分析。试验结果表明,该系统运行稳定,计算的试件累积损伤度与理论值吻合,且对剩余疲劳寿命预测较为可靠。通过光纤传感器与电阻应变片实测应力值的比较,得出光纤传感器能够满足应力监测的要求。     

基于累积塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命研究

船体板的总体断裂破坏往往是低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的结果,故在船体板低周疲劳裂纹扩展寿命评估中,其基于累积塑性应变的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命分析能够更为符合实际地评估船体板的总体断裂承载能力。船体板低周疲劳裂纹扩展寿命由宏观可检测裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命。船体在实际航行中受到多次波浪外载作用而使其进入塑性变形不断累积或不断反复的破坏过程,并最终导致低周疲劳裂纹的萌生及扩展而使结构破坏,其破坏形式分别对应于增量塑性变形破坏（或棘轮效应）或交变塑性变形破坏（或低周疲劳）。局部塑性变形的累积会加剧低周疲劳裂纹不断扩展,因而基于累积塑性破坏研究船体板低周疲劳扩展寿命更为合理。文中以船体板单次循环载荷后塑性应变大小为基础,依据累积递增塑性破坏过程及弹塑性理论,计算经过N次变幅循环载荷后船体板累积塑性应变值,结合循环应力—应变曲线获得相应的稳定的迟滞回线,确定裂纹尖端应力应变曲线及确定相关塑性参量并依据选取的断裂判据判定裂纹扩展。建立循环载荷下基于累积递增塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命的计算模型考虑应力比对此裂纹扩展寿命计算模型的影响。由该方法计算出的疲劳裂纹扩展寿命将对正确预估船舶结构的低周疲劳强度从而提高船舶安全性有重要意义。     

船舶含裂纹焊接结构剩余疲劳寿命可靠性预报

船舶服役期间工程技术人员需要对已检测到裂纹的构件进行剩余疲劳寿命可靠性评估,以便做出维修决策。鉴于基于S-N曲线和累计损伤理论的常规疲劳寿命预报方法对于损伤难以明确定义,本文基于裂纹扩展理论对船舶疲劳热点剩余疲劳寿命可靠性预报方法进行研究。在考虑应力比和应力强度因子幅门槛值的情况下,研究求解裂纹扩展预报的快速数值计算方法。通过与蒙特卡洛模拟相结合,预报可靠性指标随时间的变化曲线、一定存活率下的剩余疲劳寿命等。以油船上某疲劳热点为研究对象,进行剩余疲劳寿命可靠性预报,为工程应用提供参考。     

船舶含裂纹焊接结构剩余疲劳寿命可靠性预报

船舶服役期间工程技术人员需要对已检测到裂纹的构件进行剩余疲劳寿命可靠性评估,以便做出维修决策.鉴于基于S-N曲线和累计损伤理论的常规疲劳寿命预报方法对于损伤难以明确定义,本文基于裂纹扩展理论对船舶疲劳热点剩余疲劳寿命可靠性预报方法进行研究.在考虑应力比和应力强度因子幅门槛值的情况下,研究求解裂纹扩展预报的快速数值计算方法.通过与蒙特卡洛模拟相结合,预报可靠性指标随时间的变化曲线、一定存活率下的剩余疲劳寿命等.以油船上某疲劳热点为研究对象,进行剩余疲劳寿命可靠性预报,为工程应用提供参考.     

低周疲劳对FPSO结构疲劳寿命的影响

基于挪威船级社《Fatigue Assessment of Ship Structures》(2010),考虑由装载与卸载而引起的低周疲劳,对FPSO船体易发生疲劳破坏的部位进行疲劳寿命评估。采用简化分析法计算由波浪弯矩产生的全局应力与内外水压力产生的局部应力,以及在装卸载过程中产生的应力范围,然后通过S-N曲线计算结构的疲劳寿命。结果表明,不同校核部位的低周疲劳对其疲劳寿命的影响不同,而且这种影响与低周疲劳的次数有关,最后分析产生这些结果的原因。     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

为探索疲劳评估方法和疲劳寿命改善设计在浮式生产储油卸油装置(FPSO)延寿改造中的应用,以"南海胜利"号FPSO原作业区的第3次延寿项目为研究对象,分别采用简化疲劳方法、热点应力法和谱疲劳分析法对船体纵骨与横舱壁和横向强框架的连接节点、舱内桁材大肘板趾端节点、模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点和单点系泊系统与船体连接处的关键节点进行疲劳评估。针对疲劳高危节点,通过合理的结构形式改造,进行结构的疲劳寿命改善设计。     

液化石油气船疲劳强度校核方法

提出了改进的ＦＡＳＳ（Ｆａｔｉｇｕｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）评估系统,使之适用于液化石油ＬＰＧ,Ｌｉｑｕｉｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）船船体结构的疲劳寿命校核。该系统从疲劳分析的基本原理出发,以疲劳累积损伤度公式为理论基础,可对船体结构进行疲劳寿命校核。通过对１６５００ｍ＾３ＬＰＧ船的验算,表明改进后的方法能有效评估ＬＰＧ船舶体结构的疲劳寿命。     

船舶疲劳应力监测系统

针对船舶疲劳应力监测问题,阐述监测系统计算监测点累积损伤度和预测剩余疲劳寿命的原理,并建立船舶疲劳实时监测系统,最后进行试验验证分析。试验结果表明,该系统运行稳定,计算的试件累积损伤度与理论值吻合,且对剩余疲劳寿命的预测较为可靠。光纤传感器与电阻应变片实测应力值的比较结果证实光纤传感器能够满足应力监测的要求。     

基于HCSR散货船疲劳强度计算

针对《散货舱油船协调共同规范》(HCSR)中船体热点疲劳寿命评估部分,采用软件Veri STAR通过对某散货船的7个热点进行疲劳寿命计算,并与旧规范进行比较,验证了HCSR在疲劳寿命评估部分方法更严格,评估结果更保守。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

波激振动和砰击颤振对大型油船疲劳强度影响研究

文章给出线性波激振动和砰击颤振引起的大型油船结构疲劳贡献度的计算方法。基于三维线性水弹性理论可计算得到包括刚体和2节点的振动模态下的垂向弯矩的传递函数,采用谱分析法对某30万吨油船进行结构疲劳强度计算,分析波激振动对船体结构疲劳损伤影响;基于二维非线性波浪载荷程序（含砰击颤振的波浪载荷）,采用时域方法对该油船进行船体梁弯矩计算,分析砰击颤振对船体梁弯矩及疲劳载荷的影响;结果表明对于该类大型油船波激振动和砰击颤振对船体的结构疲劳损伤的影响不可忽略。     

单点系泊FPSO系泊缆疲劳寿命研究

采用准动态方法对单点系泊FPSO进行系泊分析,并采用T-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤理论以及雨流计数方法对系泊系统进行疲劳分析,研究每一根系泊缆不同位置处的疲劳寿命,研究发现每一根系泊缆触地点位置的疲劳寿命最短。     

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。     

西非海域FPSO多点系泊系统的疲劳寿命分析

文章首先采用三维频域理论分析西非海域FPSO的水动力性能,得到船体各自由度的运动响应,慢漂载荷,附加质量和势流阻尼等;随后,利用分块法将波浪散点图离散为若干个海况,基于准动态方法对多点系泊系统进行分析,得到各海况下船体的漂移和各系泊缆的张力;最后,结合前两步的计算结果,采用T-N曲线,雨流计数和Miner线性累计损伤理论对系泊缆的疲劳寿命进行预报。研究结果表明,各系泊缆的疲劳寿命沿长度方向的分布趋势基本一致,锚链顶端和触底部分的疲劳寿命较短。此外,西非海域的涌浪对系泊缆的疲劳损伤较大,系泊设计时应予以重点关注。     

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。     

FPSO纵骨疲劳寿命分析

FPSO(Floating Production Storage and Offloading)长期系泊于定位海域,在服役期内没有进坞维修的可能。而在这个过程中,其船体结构承受不间断的交替变化的载荷,再加上高强度钢的广泛使用,使其疲劳破坏问题更加突出,因此其疲劳设计更为严格。本文以一大型浮式生产储油船为例,选取了典型剖面,采用简化的计算法进行纵骨的疲劳分析,给出了纵骨疲劳寿命计算的基本过程并且对船体结构中几种常见的节点连接方式的纵骨进行了疲劳寿命计算,通过分析比较,发现肘板软趾对疲劳寿命影响很大,从而找出最佳的端部节点连接形式,为工程设计提供依据。     

Study on the application of spectral fatigue analysis

1Introduction Fatiguefailurehaslongbeenanimportantissuefor shipsandoffshorestructures.Toensuresufficientfa tiguestrengthduringtheservicelife,afatiguestrength assessmentneedstobedoneatthedesignstage.Gen erally,methodsforassessingfatiguestrengthcanbe classi…     

大型船舶钨极氩弧重熔工艺应用

疲劳破坏是船体结构的主要破坏形式之一。改进结构节点的设计和施工工艺,可保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。钨极氩弧(Tungsten Inert Gas, TIG)重熔是改善结构节点焊后疲劳强度的有效方法。与目前船上常用的几种改善疲劳强度的方法进行分析对比,对TIG重熔工艺的重要性进行充分论证,获得实施TIG重熔工艺的技术标准和操作要点。TIG重熔工艺不仅改善结构节点疲劳强度,而且为建造具有较长疲劳寿命的大型船舶找到一个行之有效的方法,可产生良好的经济和社会效益。     

Fatigue damage calculation for oil tanker and container ship structures

The fatigue behaviour of longitudinal stiffeners of oil tankers and container ships, subjected to dynamic loads, is analysed. The following dynamic load components are considered: hull girder vertical wave bending moment, alone and combined with the horizontal wave bending moment, hydrodynamic pressure and inertial forces caused by cargo acceleration.

The spectral method was selected to calculate the fatigue damage, based on S—N curves and Miner's rule. Following this approach, the fatigue damage may be calculated as a function of a stress parameter Ω_p, which represents the cumulative effect of wave induced loads in the unit of time and incorporates the combined effects of stress level and its occurring frequency.

Simple formulas for Ω_p of oil tankers and container ships are given, obtained from the results of hydrodynamic analyses performed on several ships, in different wave environments.

Several examples show the applicability of the methods to real ship structures. The method, however, still needs to be calibrated because of the simplifying hypotheses introduced in the loading conditions.