Fitness-for-purpose assessment of cracked offshore wind turbine monopile

In this paper, the procedure for flaw acceptability assessment is examined through a case study of a semi-elliptical surface crack in an offshore monopile as it grows till it forms a through thickness crack. Using the procedure prescribed in an industrial standard (BS 7910), the fracture ratio, K_r is shown to increase monotonically with increasing crack depth. The load ratio, L_r, is initially insensitive to the crack depth. However, there is a rapid increase in L_r when the crack depth to thickness ratio exceeds 80%. L_r values obtained from detailed 3D FE limit analysis using elastic-perfectly-plastic material behaviour do not exhibit the asymptotic behaviour predicted by BS 7910 as the flaw transitions from deep crack to through-thickness crack. Furthermore, K_r predicted by BS 7910 is shown to be an over-estimation for the typical dimensions of offshore monopiles. The findings suggest that a structure with a deep flaw may be identified as unacceptable based on BS 7910 when it may still possess a non-trivial amount of structural residual life. This is a concern for monopiles where crack growth as a large flaw forms a significant part of the total life.     

挂篮底模纵梁受力简化计算方法及承重分配系数

以一桥梁施工工程实例为依托,采用有限元软件ANSYS对桥梁悬臂施工中使用的菱形挂篮进行仿真分析.提出3种简化模式计算底模纵梁的承重分配,对比发现将底模纵梁承受的外荷载简化为集中荷载,并分配至挂篮下前后横梁的方法是最优简化计算方法.在此基础上对挂篮底模纵梁承重分配系数进行优化,从而简化了繁琐的挂篮底模纵梁受力分析计算,保证了挂篮结构设计和施工的安全.     

STX1(2)型驮背多功能运输车超偏载检测标准

分析了STX₁₍₂)型驮背多功能运输车对既有超偏载检测方法和标准的适应性,提出了该车的超偏载检测方案,明确了公路货车或半挂车超偏载的检测方法及评判标准。     

超大型自航抓斗挖泥船作业流程载荷分析

以大型自航抓斗挖泥船为研究对象,建立相应的水动力计算模型。主要研究抓斗挖泥作业不同阶段下船舶运动、锚泊线受力情况以及其随不同环境载荷的变化规律,为船舶安全作业提供依据。研究结果表明,船舶在抓斗旋转和卸料时最为危险,船舶横荡、横摇及各锚泊线张力受其影响很大,实际作业时应尽量保持迎浪状态,进而确保船舶作业安全。     

压载荷下骨材贯穿孔孔边应力集中模型试验

以船舶双层底结构为研究对象开展模型试验,研究板材中的开孔在承受压力载荷作用下的孔边应力分布情况,分析压力载荷下不同开孔孔型以及不同补强结构对孔边应力分布情况的影响。在此基础上,开展相关仿真分析,将试验结果与有限元仿真结果进行对比,验证有限元仿真的准确性。     

内压载荷下X80管道裂纹应力分布规律研究

为了研究内压作用下管道裂纹应力场分布规律,以含有表面裂纹的X80管道为研究对象,对不同形状、不同方向、不同内压、不同尺寸的含裂纹管道进行仿真分析和实验验证。结果表明:裂纹尖端处应力远大于裂纹中心应力。裂纹形状对应力影响作用较小,随着裂纹方向与管道轴向夹角增大,裂纹尖端应力先增大后减小,随着管道内压、裂纹深度、裂纹长度的增大,裂纹尖端处应力随之线性增大。其中,裂纹长度对裂纹尖端应力的影响小于管道内压和裂纹深度。     

An improved cellular automaton with axis information for microscopic traffic simulation

Cellular Automaton (CA), an efficient dynamic modeling method that is widely used in traffic engineering, is newly introduced for traffic load modeling. This modeling method significantly addresses the modest traffic loads for long-span bridges. It does, however, require improvement to calculate precise load effects. This paper proposed an improved cellular automaton with axis information, defined as the Multi-axle Single-cell Cellular Automaton (MSCA), for the precise micro-simulation of random traffic loads on bridges. Four main ingredients of lattice, cells’ states, neighborhoods and transition rules are redefined in MSCA to generate microscopic vehicle sequences with detailed vehicle axle positions, user-defined cell sizes and time steps. The simulation methodology of MSCA is then proposed. Finally, MSCA is carefully calibrated and validated using site-specific WIM data. The results indicate: (1) the relative errors (REs) for the traffic parameters, such as volumes, speeds, weights, and headways, from MSCA are basically no more than ±10% of those of WIM data; (2) the load effects of three typical influence lines (ILs) with varied lengths of 50, 200 and 1000 m are also confidently comparable, both of which validate the rationality and precision of MSCA. Furthermore, the accurate vehicle parameters and gaps generated from MSCA can be applied not only for precise traffic loading on infrastructures but also for the accurate estimation of vehicle dynamics and safety. Hence, wide application of MSCA can potentially be expected.     

大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估

随着C型独立液货罐的新技术发展,目前在工业界推出了采用双体罐和三体罐构造形式的新颖大型C型独立液货罐。由于双体罐和三体罐构造的要求,在相邻罐体连接处设有Y型接头。该Y型接头位置处由于结构件交汇,构造复杂、应力集中,在船舶运动、蒸汽压力变化,以及温度变化的动载作用下有可能发生疲劳损伤。本文对新颖大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估方法的规范技术要求及制定开展了深入详尽的研究，包括对C型独立液货罐疲劳损伤计算工况择取，液货内部动压力计算公式推导，蒸气压力、温度变化等低周疲劳载荷模式确定等，创新提出一整套基于热点应力的C型独立液货罐Y型接头的疲劳损伤评估方法的规范实施要求。进一步地，还推导了基于一般实际情况假设下的C型独立液货罐Y型接头疲劳评估筛分准则，并应用本文上述研究成果和结论，进行了双体和三体罐Y型接头疲劳评估和筛分准则的应用与验证。     

动态载荷识别的自适应延迟逆模型方法

为减小载荷识别问题对原系统先验知识的依赖,采用系统的自适应延迟逆模型识别时域载荷。采用自适应算法辨识延迟逆模型,代替了一般识别方法中的系统特性矩阵求逆过程,避免了病态问题。随后将工作状态下的响应作为逆模型的输入,则其输出就是时域载荷的延迟估计。通过对两端简支梁结构进行载荷识别的仿真研究,以及对双层隔振试验台架的试验研究,识别了稳态激励和瞬态激励,验证了该方法的有效性。该方法不需要了解系统的数学模型及参数,因此能够应用于工程实践中。     

基于特征熵权与样本加权的大跨桥梁多车道交通荷载聚类模型

为满足交通流荷载作用下大跨桥梁结构评估的需要，研究了基于荷载参数特征的交通流状态划分方法。首先，基于实测交通流数据，按照车道属性统计分析得到交通流的单位小时特征参数样本，选择单位小时内车型比例、车头间距及交通流速度作为交通流状态划分的参考特征；其次，改进经典k-means聚类算法以增强其对高维、复杂交通流荷载分类的鲁棒性，即通过引入特征熵值来表征各特征参数对聚类效果的重要性，同时计算样本点与周围样本点的接近程度来赋予样本点权值，以削弱样本离散性对聚类质量的不利影响；最后，通过聚类算法得到11种具有不同参数特征的交通流荷载，分析了其作用下某大跨斜拉桥拉索应力响应及造成的疲劳损伤。结果表明：改进算法的聚类质量指标比原始k-means算法提高了40%以上，对交通流状态划分具有良好的适用性；通过算法得到的不同类别的交通流荷载的特征参数差异性明显，其占有率也大不相同，同一类别的交通流荷载各样本特征参数聚拢效果良好；同车道内不同类别的交通流荷载的拉索等效应力差别较大，其变异系数均在0.2以上，尤其在考虑了不同交通流荷载模型的占有率后，这种差异性进一步增大。上述结果表明该交通流荷载聚类与模拟方法是有效、准确的，对相关大跨桥梁结构安全及耐久性评估有一定的参考价值。