两种低周疲劳计算方法的应用比较

分别用两种不同的低周疲劳寿命计算方法计算某艇体的上壳体疲劳寿命.一种是现在应用比较广泛的首先计算应力强度因子,然后利用PAIRS裂纹扩展速率公式来计算;另一种是首先求得材料的应变幅一寿命曲线,然后根据实际结构中疲劳热点处的应变幅来计算疲劳寿命.分析两种不同的计算方法所得出的结果,得出应力对疲劳寿命的不同影响特点.     

大深度载人潜水器疲劳寿命有限元分析

载人潜水器随着使用次数的增加,将有可能导致低周疲劳破坏。为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,必须进行载人球壳的低周疲劳寿命分析。潜水器在一些特殊的局部区域是受拉伸应力影响的,开孔处结构的特点和深水压力共同作用就产生了较大的拉应力,因此这些较大的拉伸应力在此部位易引起结构的疲劳裂纹,并且缩短使用寿命。本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立载人潜水器有限元分析模型,按极限载荷和载荷谱分别计算出的疲劳寿命,不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数和进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用。     

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。     

基于累积塑性破坏的船体板低周疲劳裂纹扩展寿命研究（英文）

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。     

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。     

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。     

耐压船体结构典型接点疲劳寿命评估

潜艇在潜浮过程中,由于静水外压引起的工作应力与焊接残余应力叠加,形成拉压循环应力,导致耐压船体的局部结构可能出现低周疲劳裂纹.一般情况下,高强度钢在抗拉强度提高的同时往往伴随着材料塑性储备和断裂韧性的下降,因此分析高强度钢潜艇结构的低周疲劳寿命非常重要.本文基于断裂力学和Paris公式建立了潜艇耐压结构低周疲劳寿命的工程估算方法,根据裂纹无损检测的概率统计和含裂纹圆柱壳极限应力分析,给出了初始裂纹和裂纹临界状态的建议值.应用本文的简化方法分析了某潜艇结构和锥柱结合壳模型的低周疲劳寿命,锥柱结合壳模型的数值算例表明本文的计算结果与试验测试结果相吻合.     

复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报

船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题.该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进行了研究.裂纹扩展方向用第一主应力准则确定,在裂纹扩展方向上给定不同的裂纹增量,得到不同长度裂纹的复合裂纹等效应力强度因子,并拟合这些计算结果得出船舶肘板的应力强度因子计算式.结合裂纹扩展率单一曲线模型对肘板裂纹扩展寿命进行了预报,预报结果与实验结果符合得较好,说明所采用的方法可行.对建立船舶典型节点的裂纹扩展寿命预报方法有参考价值.     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果.基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型.通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性.通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析.该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义.     

考虑塑性损伤的船体裂纹板低周疲劳裂纹扩展行为研究（英文）

船舶结构的扩展断裂失效往往是低周疲劳破坏和累积递增塑性破坏耦合作用的结果,疲劳裂纹的扩展就是裂纹尖端前缘材料刚度不断降低延展性不断耗失而逐渐分离的结果。基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型。通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性。通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析。该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义。     

基于IIW准则的焊接接头多轴疲劳强度评估

多轴疲劳失效是焊接结构的主要失效模式之一。本文基于IIW多轴疲劳准则,结合切口应力法,采用1mm与0.3mm两种虚拟半径,对当前比例加载与非比例加载下的多轴疲劳实验数据进行了对比研究,结果表明：较之于名义应力法,两种虚拟半径下的切口应力系统数据点分散带 从1:3.06分别降至1:2.01与1:2.15,虚拟半径取0.3mm在多轴疲劳分析中是可行的;两种虚拟半径下的实验数据点分布均与厚度相关。在此基础上,本文在1mm与0.3mm两种虚拟半径基础上引入了0.5mm的虚拟半径,针对不同板厚引入不同虚拟半径进行有限元分析,数据点分散带 进一步降至1:1.78,拟合得到存活率PS=97.7%的S-N曲线,其斜率m为5.7,疲劳等级FAT为500MPa。     

半潜式平台结构疲劳特征研究

本文研究2种典型结构形式半潜平台在不同海域结构应力长期分布特征。对比中国南海典型波浪散布与墨西哥湾典型波浪散布特征,计算两海域平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。中国南海典型环境条件对于双下浮体式半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1,对于环形浮箱半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1.05,为针对中国南海应用简化疲劳分析方法分析半潜式平台结构疲劳寿命提供依据。同时,计算得到两类典型半潜式平台在墨西哥湾典型环境条件下结构波浪应力长期Weibull分布形状参数值不大于0.8的结论,证实对于半潜式平台的疲劳设计,南海疲劳海况较墨西哥湾海况更恶劣。     

Corrosion fatigue load frequency sensitivity analysis

This paper presents experimental assessment of crack growth rates of S355J2+N steel in a corrosion fatigue environment similar to what is experienced on offshore wind farm monopile structures under various cyclic load frequencies in order to assess the effect of cyclic frequency of the applied loading within a frequency range pertinent to the structure. Fatigue crack propagation behaviour in this test programme is evaluated through fatigue tests on six compact tension test specimens in air and in laboratory simulated seawater under free corrosion condition. Fatigue crack lengths were monitored by back face strain (BFS), DCPD and ACPD. A regression model was derived through the BFS method to express strain values as a function of crack length to width ratio. The effectiveness of BFS method is particularly demonstrated in the simulated marine environment. Within the range of test frequencies, crack growth rates in simulated seawater when compared to the equivalent air test revealed environmental reduction factors of 2 and 4 at lower and higher values of stress intensity factors respectively. Significant difference in the results of the seawater test frequencies is discussed.     

船舶疲劳行为浅析

简述了船舶疲劳裂纹的萌生和扩展的过程及特征,介绍了3种估算结构疲劳寿命的方法,并探讨了这几种方法各自的优缺点。     

船员疲劳的预防和控制

随着航运市场前几年的爆炸式发展,一个暗藏着的风险摆在了面前.蜂拥而起的中小船东,戍勾大批老旧船的接棒者.管理资质、枝术力量、人力资源、资本实力相对落后的中小船东使这一大批老旧船成为航运市场的安全隐患.特别是随着航运市场的急剧降温,中小船东在市场竞争空前残酷的背景下普遍不肯加大对船舶维护保养的投入,在技术性减员和市场性减员的双重压力下,老旧船船员繁重的工作量和船舶配员的相对不足,使得船员疲劳问题对船舶及人员安全的威胁日益突显.     

基于小波神经网络和疲劳曲线的结构疲劳寿命及可靠度预测

基于疲劳曲线,考虑应力范围的随机性,获得结构疲劳寿命所服从的分布,计算出期望寿命的可靠度.以非线性Morlet小波基作为激励函数形成神经元,结合小波与神经网络的优点,建立小波神经网络模型,从而得到应力范围、结构疲劳寿命及可靠度之间的关系,用于预测某应力范围下所期望可靠度的疲劳寿命,或者所期望疲劳寿命的可靠度.     

初始尺寸对超声疲劳试样的影响及铝合金6063疲劳试验验证

狗骨形试样具有中间等截面段试验有效区。采用悬链线代替圆弧线的轮廓方程,获得了狗骨形试样的解析计算方法。分析结果表明,试样初始尺寸在一定范围内取值时轮廓方程代替所引起的误差控制在3%以内。可通过增大变截面段长度或粗、细端的半径比来缩短试样长度,但增大变截面长度会降低试样位移应力系数。尽管狗骨形试样的位移应力系数不如沙漏形试样,但狗骨形比沙漏形更节省试验材料,而且其位移应力系数也足够满足试验要求。铝合金6063的超声疲劳试验表明,狗骨形试样的设计等式是可行的。铝合金6063的S-N曲线呈现持续下降的趋势,其疲劳裂纹扩展以剪切方式进行,并且呈现裂纹表面萌生机制。疲劳源区与裂纹扩展区之间存在明显的台阶。     

Full-scale fatigue tests of ship structures to validate the S–N approaches for fatigue strength assessment

Ships belong to those welded structures which are prone to fatigue due to high cyclic loads. Different approaches exist for the fatigue strength assessment which are varying between the industrial sectors. Therefore, deeper fatigue strength investigations were performed in Germany within an industry-wide joint research project aiming at the harmonization of the approaches. Regarding ship structures, two types were selected for full-scale tests. The first concerned web frame corners being typical for roll-on/roll-off ships (ro/ro) ships, from which three models were tested under constant amplitude loading. The second type was the intersection between longitudinals and transverse web frames, which recently showed fatigue failures in containerships. Five models were tested, three under constant and two under variable amplitude loading. All tests showed a relatively long crack propagation phase after first cracks had appeared, calling for a reasonable failure criterion. For the numerical analysis, the structural hot-spot stress as well as the effective notch stress approach have been applied. The latter allows the consideration of the weld shape which could partly explain differences in the observed and calculated failure behaviour. Another factor is the distribution of welding-induced residual stresses, which obviously affected the failure behaviour in the web frame corner as well. Insofar the investigations give a good insight into the strength behaviour of complex welded structures and into current problems and opportunities offered by numerical analyses.     

舰船结构的耐疲劳性设计

为了在船舶设计初期了解船舶结构疲劳寿命,为详细设计提供参考并提高船舶结构设计质量,本文将热力学理论与弹性力学相结合,建立热-应力相互作用控制方程,探索船舶结构疲劳寿命计算与选型方法,并给出相应的算法流程。     

关于轮胎吊车车架的疲劳强度计算

用ansys有限元分析软件对各轮胎吊车的车架部分进行分析,主要是疲劳强度计算.根据《港口起重运输机械设计手册》给出的疲劳许用应力基本值与应力集中情况等级和工作级别的关系、起重机工作级别与利用等级的关系和疲劳许用应力计算公式,对车架的应力集中部分进行疲劳强度计算.