考虑载荷流泄时初始裂纹对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响

在船舶和海洋工程结构中,裂纹扩大时的载荷流泄现象已被大尺度疲劳试验中裂纹扩展速度减慢所证实。影响疲劳裂纹扩展的因素具有随机性质,因而研究载荷流泄对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响是有意义的。本文用Paris公式,结合改进的第二水准法,计算了一个实例,给出了考虑和不考虑载荷流泄疲劳可靠性分析的两种结果。结果的区别表明,如果要期望得到更合理的结果,则在船舶和海洋工程结构的疲劳分析中必须计及载荷流泄。     

结构构件疲劳损伤累积的可靠性分析

在目前在船舶与海洋工程结构疲劳可靠性分析中所采用的Ｗｉｒｓｃｈｉｎｇ模型进行了较系统的分析，指出了该模型待改进的主要问题。然后，基于二维概率ＭＩＮＥＲ准则，建立了在变幅载荷谱或随机时间历程载荷谱给定的条件下，对结构构件的疲劳损伤累积进行可靠性分析的新模型。     

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。     

具初始裂纹钢桥梁焊接构件疲劳裂纹扩展和疲劳寿命计算

钢桥梁构件因焊接缺陷或者在疲劳应力交互作用下萌生裂纹,钢桥梁构件因存在初始裂纹大大地降低焊接构件的疲劳性能.文中考虑到焊接构件往往会存在初始缺陷,研究了含初始缺陷的桥梁焊接构件的疲劳分析方法.在已有的大量含裂纹构件的疲劳实验工作基础上,结合课题组所做的焊接构件疲劳实验资料,假设初始裂纹焊接构件在疲劳裂纹扩展过程中裂纹形状保持为半椭圆形状;针对桥梁构件实际受力特征,由钢桥梁构件的高周疲劳损伤演化方程入手,考虑初始裂纹条件下裂纹前缘的损伤区的存在及其对裂纹扩展的影响,采用虚拟裂纹扩张方法推导了适用于钢桥梁构件的疲劳裂纹扩展分析的疲劳裂纹扩展率公式,建议了裂纹扩展和疲劳寿命数值计算方法.采用文中的计算方法,研究了已有的钢桥梁结构焊接构件疲劳实验的裂纹扩展过程和疲劳寿命的计算.计算结果表明:裂纹的扩展过程中裂纹的深度和表面半长度之比a/c是一个变化的数值,且在一定的a0/t0条件下,随着a0/c0的增加,循环次数逐渐增大.     

考虑小裂纹和保载时间效应的疲劳可靠性分析

大深度载人潜水器的载人舱材质是高强度金属,不可避免地会受到疲劳损害现象的挑战。实际的载人舱结构中存在着由外部因素和内部因素引起的不确定性,其疲劳寿命将受到这些不确定性的影响。在前期的研究中,课题组基于统一的疲劳裂纹扩展率模型进行了疲劳可靠性分析方法的探讨,可作为进一步进行载人舱疲劳寿命预报的基础。但是,该模型无法反映小裂纹和保载时间的影响,而这正是载人舱结构和所受载荷的重要特征,应进行深入研究。所以,课题组提出了一个小裂纹扩展率模型和两个反映保载时间效应的裂纹扩展率模型,以更好地解释载人舱用钛合金金属的蠕变疲劳特性。文中基于这三个模型,结合不同的理论方法,进行了疲劳可靠性分析,考察了可靠度分析方法之间的不同、输入参数以及不同的裂纹扩展理论模型对结构的疲劳可靠性的影响。     

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。     

海洋工程结构的疲劳可靠性更新研究

本文根据断裂力学的基本原理导出了海洋工程结构疲劳失效的安全余量和检测事件的安全余量,并在此基础上给出了计算更新后的疲劳失效概率的一阶方法,文中对的安全余量与检测事件的安全余量之间相关性的影响进行了讨论,并结合算例研究了检测可靠度的影响,指出了疲劳可靠性更地合理制定周期检测的作用。     

船体在疲劳和腐蚀损伤下的可靠性

在疲劳和腐蚀作用下，船体梁舯剖面模数折减，导致极限承载能力下降，在此基础上进行可靠性分析。文中腐蚀率是一个有常数平均值的随机变量，疲劳裂纹根据Paris公式计算，当静水弯矩和波浪弯矩的组合值超过船体梁极限承载能力时，发生船体梁失效。以一艘散货船为例，计算其可靠性随时间的变化。计算结果可为船东和船级社评估船舶营运期间疲劳和腐蚀对船舶可靠性的影响提供参考。     

半潜式钻井船典型节点疲劳可靠性分析

由于半潜式钻井船结构及其受力条件复杂,该文用SESAM软件对某钻井船进行了整体三维有限元计算,得到特定浪向和相位下结构的最大应力幅响应.以整体有限元计算结果作为载荷边界条件,用NASTRAN软件对钻井船上的一些典型管节点进行了局部有限元分析,得到节点的热点应力.在此基础上根据DNV和CCS规范对节点疲劳寿命进行了计算并对几个危险节点进行了可靠性分析和裂纹扩展寿命计算.     

弹塑性裂纹前端部分加强板的止裂效果分析

通过建立Dugdale模型,对裂纹前端部分加强的含裂纹板弹塑性情况下的韧性断裂问题进行了研究.实例计算并分析了加强板条的位置、相对刚度等参数对结构断裂参数的影响,亦对加强板条的止裂作用进行了分析.计算结果表明,裂纹前端布置加强板条能有效地降低裂纹尖端的开口位移,阻止裂纹的扩展,其止裂作用受加强板条的位置、结构参数及加强板条与含裂纹板的材料参数等诸多因素的影响.     

混凝土断裂能的尺寸效应及测定方法研究

从局部断裂能分布的双直线模型出发,给出了混凝土真实断裂能和受尺寸影响的断裂能的关系式.进行了4组不同尺寸试件的楔形劈裂实验,求得不受尺寸影响的混凝土真实断裂能,从而为确定混凝土的断裂能提供了一种实践可行的测试方法.实验结果同时也表明,断裂能属于混凝土本身的材料特性,对于同一材料,断裂能值是恒定的,而断裂能之所以具有尺寸效应,是由于局部断裂能在断裂韧带上的非均匀分布引起的.     

基于Weibull分布计算造船设备故障发生概率

设备故障的发生发展过程都有其客观规律,研究故障规律对制定维修对策,以至建立更加科学的维修体制是十分重要的.本文应用Weibull统计方法对设备故障规律进行分析,并计算出设备的可靠度和故障率.统计分析是故障管理中重要的手段,是制定管理目标的主要依据.     

在役起重机裂纹故障的断裂力学分析

1概述 目前,在我国沿海和内河港口拥有的起重机中,有近三分之一是六七十年代的产品,这批起重机已进入服役后期或超期服役阶段,大多数出现明显的金属结构故障[1].这些金属结构故障中,以疲劳裂纹和变形为主.经探伤和现场实际观察发现,大多数已使用多年(15年以上)的起重机(使用材料为Q235或16 Mn),其疲劳裂纹主要分布于门腿与转台相连接的法兰盘、机房下承梁与转柱联接处等十分关键的位置,用户常要求对裂纹的扩展进行分析.     

基于结构可靠度理论的高拱坝失效概率研究

简述了高拱坝安全评价中可靠度与失效概率研究的现状及存在问题;分析了高拱坝的主要失效模式,建立了高拱坝系统失效的故障树模型;研究了高拱坝失效相关主要随机变量的分布规律及特征值计算方法;探索应用JC法计算高拱坝单个失效模式的失效概率;研究了具有多个失效模式的高拱坝系统失效概率的计算方法;计算了某一高拱坝的失效概率。     

动态载荷作用下焊接点线弹性裂纹的弯曲扩展路径的预测(英文)

利用二阶摄动方法研究了动态载荷作用下结构线弹性断裂裂纹的弯曲延伸扩展问题并求解了动态应力强度因子。利用二阶摄动方法研究了动载荷作用下裂纹路径预测时的应力准则与能量准则之间的关系。就均匀物质而言,在二阶摄动分析理论的框架内,两种准则指明了相同的动态裂纹路径。但在具有非均匀断裂韧度的物质中,能量准则优越于应力准则。作为二阶摄动方法的实际运用,研究了焊接结构中动态线弹性裂纹的形态特征和弯曲扩展路径问题,综合考虑了诸如远场动态作用应力、焊接残余应力、局部物质衰变以及不同尺寸的缺陷的存在等因素,绘制出动态载荷作用下退化区域中裂纹弯曲扩展的临界轨迹曲线。     

广义随机空间内结构失效概率的渐近计算

通过对广义随机空间内结构失效概率的分析,给出了在随机变量相关情况下失效概率的一个新的渐近计算公式。新公式比独立变量情况下的失效概率公式增加了一个系数KQ,它包含了相关系数矩阵以及极限状态曲面验算点处曲率对失效概率的影响。经过算例验证,表明新公式具有较高的精度。     

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.     

某型电站柴油机连杆断裂失效分析

针对某型电站柴油机在运行中出现连杆断裂问题,采用断口分析、材质复验、加工工艺复查等方法对断裂连杆体进行了全面深入分析。结果表明,断裂连杆体属于疲劳断裂,材质情况正常,但螺纹孔因加工工艺变更而导致底部加工存在刀痕或微小裂纹。这些加工缺陷在应力长时间作用下,经扩展长大,最终导致连杆断裂。