复杂载荷下裂纹SIF计算的子模型技术

对船舶与海洋工程结构物进行疲劳评估,首先要通过子模型技术解决复杂应力场中裂纹应力强度因子(SIF)的计算问题。针对子模型技术实现过程繁杂且效率较低的问题,分别提出"逐周分层法","转换矩阵法"及"映射划分法"并基于VBA及APDL语言编写插件MPCarrangerV1.0,FEMcoortransferV1.0及CrackmapperV1.0,解决从Patran整体有限元模型到Ansys子模型时壳体单元间MPC创建低效、不同坐标系间节点位置转换困难及裂纹自由划分的局限性问题。基于DNV及ABS相关规范,以某B型LNG燃料舱的疲劳热点为例,对改进的子模型技术进行验证,结果表明经改进的子模型技术可成功施加合理边界条件并实现SIF的求解,可为子模型技术快速实现复杂载荷下裂纹SIF的准确计算提供参考。     

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。     

集装箱船典型疲劳评估节点应力强度因子计算

在基于疲劳裂纹扩展理论的疲劳评估方法中需要确定疲劳热点,并准确求解热点处裂纹应力强度因子。论文将CCS在规范中规定的疲劳评估节点分为四类:1典型对接接头和T型接头焊趾处,2趾端底板,3趾端肘板,4垂直三构件相交角点。分别使用三维有限元技术求解第一类、第二类、第三类节点的应力强度因子修正系数并和BS7910公式对比。结果表明:第一类节点与BS7910公式吻合良好;第二类节点裂纹扩展在趾端范围内时应力强度因子修正系数较BS7910公式大,超过趾端范围内时,应力强度因子修正系数发生突变快速下降并逐渐趋近于1;第三类节点应力强度因子修正系数在整个范围内较BS7910公式大。第二类构件、第三类构件应力强度因子修正系数和BS7910公式误差都很大。为此,分别对第二、三类节点提出了各自的修正公式,它们和有限元计算结果吻合良好。     

中心斜裂纹矩形薄板的极限断裂强度分析

对具有中心穿透斜裂纹在弹性断裂和完全塑性断裂两种破坏模式下的断裂强度进行了分析.在弹性破坏模式下,利用应变能密度因子准则对不同的裂纹倾斜角和不同的矩形板长宽比对斜裂纹的初始扩展角度的影响进行了数值计算和讨论.对于延性材料的完全塑性断裂模式,利用弹塑性有限元对不同裂纹倾斜角下的矩形板的极限拉伸强度进行了分析,并对中心穿透裂纹拉伸强度简化计算公式进行了考虑裂纹倾斜角度的修正.     

裂纹尖端塑性区三维有限元分析

裂纹尖端塑性区的大小与其三维约束状态有关,而三维约束状态不仅与板厚还与外载荷、材料性质有关.因此不论是薄板还是厚板,用平面应力或者平面应变来模拟其状态都有局限性.现阶段对于三维约束状态下的裂纹还没有一个公认的可以准确计算塑性区大小的公式.文章用有限元对小范围屈服下,含Ⅰ型中心穿透裂纹板裂纹尖端的三维塑性区进行了研究,分析了硬化指数、屈服强度以及泊松比对塑性区大小的影响.计算从平面应力逐渐过渡到平面应变,结果与现有理论的预测结果进行比较,进而给出了一个计算裂纹尖端塑性区大小的计算公式.     

五体船纵向运动预报的一种工程算法及其在前侧体位置优化中的应用

将一种现有的工程算法引入五体船纵向运动预报,该方法基于STF切片理论,计入船体运动时湿表面的变化及其对船体流体动力性能的影响.计算结果和试验数据在多个航速和波浪工况下符合良好.采用这种方法实现了前侧体的位置优化.     

碳钢、低合金钢全浸没海洋环境下最大点蚀深度简化模型

腐蚀是导致老龄船舶结构失效的主要原因之一。结合基本点蚀原理,文章对碳钢、低合金钢海水全浸没点蚀的主要影响因素、具体点蚀进程做了简要解释与评述。基于Melchers点蚀深度模型及其相关实验数据,文中提出一种简化形式的新型点蚀最大深度模型,并采用该模型对三组我国船舶结构常用碳钢、低合金钢的青岛海域全浸没点蚀试验观测数据进行分析。通过对比验证,证明采用Weibull函数表示点蚀最大深度随时间变化关系是合适的。此外,依据青岛、厦门、榆林海域碳钢试验数据,文中还对海水环境因素,如:溶解氧浓度、平均温度、盐度、PH值等,以及钢材成分变化对新型最大点蚀深度模型各参数的影响进行了初步探讨,得出了相应的函数关系式及相关结论。     

FPSO节点焊趾处的裂纹修理形状研究

对焊缝处出现的裂纹进行修理以阻止其进一步扩展,能够有效地延长FPSO焊接结构的疲劳寿命.考虑到应力集中而造成的疲劳寿命的降低,要谨慎选取修理时所采用的形状和尺寸,避免在修理后产生的表面缺陷处出现过高的应力集中.文中旨在进行三维T型焊接节点焊趾处的裂纹修理分析,为了选取合理的修理切口,首先对不同几何形状和尺寸的二维焊接修理切口,如抛物线型和椭圆型等,进行了应力集中系数的计算,并与相类似尺寸的U型切口的计算结果进行了比较.结果表明,当切口的表面半宽长于其深度时,椭圆型的裂纹修理切口具有更低的应力集中系数.随后,选择应力集中较小的椭圆型和U型切口焊接修理形状,并采用更加精确的三维有限元分析方法进行分析,给出了通过打磨等修理方式消除裂纹后得到的三维表面缺陷的应力集中系数,为工程上焊趾处裂纹的修理提供决策依据.     

降低FPSO含裂纹焊接结构应力集中系数的焊接修理形状的研究

对焊缝处出现的裂纹进行焊接修理,以阻止其进一步的扩展,这一方法能够有效地延长FPSO焊接结构的疲劳寿命.考虑到应力集中而造成的疲劳寿命的降低,要谨慎选取焊接修理所采用的形状和尺寸,避免产生过高的应力集中.在本文中,研究了不同几何形状和尺寸的二维焊接修理切口的应力集中系数,如抛物线型和椭圆型等,并与相类似尺寸的U型切口进行了比较.当切口的表面半宽长于其深度时,椭圆型的裂纹修理切口具有更低的应力集中系数.将椭圆型的焊接修理形状用于补板与纵骨的连接处,以计算进行焊接修理消除裂纹后结构的最大主应力.结果表明,在消除产生的裂纹以后,含焊接修理切口的结构可以恢复到初始的应力状态.     

疲劳裂纹扩展双参数统一方法中门槛值的确定

疲劳裂纹扩展双参数统一方法是由Sadananda和Vasudevan提出的,并认为,疲劳裂纹的扩展是在两个驱动力Kmax和△K共同作用下发生的,因此,裂纹的扩展存在两个门槛值Kmax,th和△Kth与这两个驱动力相对应。为了使裂纹扩展,必须同时满足两个门槛值(Kmax,th;△Kth)的条件。从理论上来说,门槛值可以通过试验来测定,但由于试验测定门槛值存在较多困难。文章基于作者们在PRADS2007会议上提出的双参数裂纹扩展率的一般表达式,给出根据疲劳试验数据确定门槛值的方法,和试验数据相比,吻合较好。