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.     

潜艇结构低周疲劳寿命工程评估方法

本文基于断裂力学建立了潜艇结构低周疲劳寿命的工程估算方法，理论计算与模型试验结果比较表明：该方法是合理可靠的，可用于潜艇结构低周疲劳寿命评估。     

潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高，潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大，潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊接焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视，但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯结合应力，在分析了平行于裂纹面的应力，曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为，潜艇锥柱结合壳焊距表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式，在此基础上提出了一套能考虑焊距的外应力集中以及爆接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法，对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算，计算结果表明，本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的，但在推向实用之前还需要做更多的实验验证。     

耐压锥柱结合壳疲劳寿命有限元预测

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,然后建立锥柱结合壳有限元分析模型,经计算,疲劳寿命结果与试验数据相符,而局部应力-应变法估算的疲劳寿命误差较大.本文最后得出用有限元方法估算疲劳寿命不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数,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.     

考虑累积塑性的船体裂纹板变幅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过程。基于弹塑性断裂力学理论,文章在作者对常幅载荷下提出的考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型的基础上对具有单个过载峰的拉伸/压缩过载下的扩展行为进行了研究。通过低周疲劳裂纹扩展试验进一步验证了该预测模型能合理评估具有单个过载峰的拉伸/压缩过载下的低周疲劳裂纹扩展行为。     

考虑焊接残余应力释放的结构疲劳寿命分析方法研究

焊接残余应力对于焊接结构的疲劳寿命产生很显著的影响,同时循环载荷作用下焊接残余应力会出现释放现象,因此有必要对焊接件疲劳寿命预测方法进行研究.基于改进的McEvily疲劳裂纹扩展速率模型,同时结合课题组研究得到的AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,提出考虑焊接残余应力释放的结构物疲劳寿命计算方法.随后,以潜艇锥柱耐压壳的疲劳为例,详细阐述了本文提出的疲劳寿命分析方法的计算流程.考虑耐压壳焊接顺序影响,分析了含半椭圆表面裂纹的锥柱耐压壳疲劳寿命.对比文献的试验结果,表明焊接结构疲劳寿命计算公式有较好的预测效果,可以用于评估带表面裂纹焊接件在拉伸循环载荷作用下的疲劳寿命.     

压弯应力下焊趾表面裂纹疲劳性能试验研究

潜艇耐压壳锥柱焊接过渡结构所受的应力特征为压弯组合应力，该处是潜艇耐压壳疲劳的热点区域。弄清楚压弯组合应力作用下成一定角度对接的焊接板结构试析的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。本文提出用焊接角度板轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇结构耐压壳锥－柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究了焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出了高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。     

HTS-A钢对接接头的双轴疲劳试验研究

开展了HTS-A钢对接焊接试件的双轴疲劳试验.通过一组试件在纵向受弯和垂向受压循环载荷作用下的试验研究,得到了不同双轴载荷比情况下的试件断口形式及疲劳寿命.根据试验过程中记录的裂纹扩展数据,回归了不同载荷比情况下的Paris公式,从而推算裂纹扩展寿命.进而通过总寿命减去裂纹扩展寿命得到裂纹的萌生寿命.结果表明,垂向循环压力载荷缩短了试件的疲劳寿命,且对萌生寿命的影响大于对扩展寿命的影响.     

用现有疲劳试验数据确定疲劳裂纹扩展率

疲劳寿命的预报在船舶与海洋工程领域中相当重要，但其关键问题是要找到一种较科学的疲劳寿命预报方法。最近，本文第二作者提出了一种海洋结构物疲劳寿命预报的统一方法。该方法是基于疲劳裂纹扩展理论而发展起来的，在其九个参数模型的假设之下，能够较好地解释一些其它方法所不能解释的现象。采用该方法的主要障碍在于需要确定疲劳裂纹扩展率。作者通过对不同的疲劳裂纹扩展率的比较研究，并推广McEvily模型后，提出了一个具有较宽适用范围的九个参数疲劳裂纹扩展率模型(从门槛域一直到不稳定断裂域)。本文的主要目的是解决如何根据一些现有的疲劳试验数据来确定这九个模型参数的问题。文中给出了通过实验数据确定裂纹扩展率模型中各个参数的方法，并进行了模型参数的灵敏度分析。通过对文献中一些试验数据的收集，给出了几种常用金属材料的裂纹扩展率模型参数。     

焊接残余应力对疲劳寿命影响的定量研究

在以往的研究中,残余应力对疲劳寿命的影响基本上均局限于定性分析,很少给出定量的研究结果。文章基于双参数统一方法,开展了锥柱结合壳处的残余应力对疲劳寿命的定量计算分析,给出了残余应力对疲劳寿命影响范围,并通过试样疲劳试验进行了验证。通过研究,可以看出残余应力没有改变裂纹的扩展趋势,但明显加快了裂纹扩展的过程,明显降低了耐压结构的疲劳寿命。     

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。     

疲劳强度对船体结构设计的影响

船舶中的销轴结构在工作过程中的受力情况类似于一悬臂梁。船舶在航行过程中的激励载荷会使销轴上的支撑结构做轻微晃动,造成销轴末端受到较大应力,导致销轴结构疲劳寿命较差。为了提高某船用销轴结构疲劳寿命,改善其设计质量。本文构建销轴的三维结构,并采用有限单元法建立销轴结构双工况有限元模型,获得销轴结构应力分布以及销轴末端位移参数。并将随机载荷谱、疲劳寿命曲线、有限元法相结合,获得销轴结构在外界随机激励载荷情况下的疲劳破坏点,该方法同样可为船舶其余结构设计提供参考。     

基于JTP规范大型油船疲劳热点寿命评估

基于S-N曲线法和Miner疲劳累积损伤度原理,根据国际船级社协会制订的油轮结构共同规范(JTP),采用热点应力法对某一巴拿马型成品油轮疲劳热点位置处(内底与底边舱斜板的焊接折角)的疲劳应力进行了计算,并根据JTP规范对该热点位置的疲劳寿命进行了评估。     

大型集装箱船舱口盖疲劳寿命研究

提出大型集装箱船舱口盖的疲劳问题,基于S-N曲线提出分析方法,对某8530TEU集装箱船上的典型舱口盖结构进行疲劳寿命分析,并将计算结果与船级社规范推荐方法计算的结果相比较,得到有益结论.     

T型焊接接头疲劳性能研究

T型焊接接头在船舶与海洋工程结构中广泛应用,研究T型焊接接头的疲劳性能对于提高船舶与海洋工程结构的强度具有重要意义.针对工程中常用的四种焊趾形式的T型焊接接头,利用有限元计算和模型试验两种方法对其疲劳性能进行了研究.结果表明,平面型焊趾是较优的T型接头焊趾形式.     

精轧螺纹吊底平台在大体积高桩墩台中的应用与创新

从工程实际出发,对墩台施工水上作业平台工艺进行对比分析,介绍精轧螺纹吊底平台的工艺特点、原理、流程及操作要点。结合全直桩基墩台结构特点,对桩基与上部结构连接方式的设计进行创新,在钢管桩外侧设置4块扇形钢板,并围焊成环形,与精轧螺纹吊底平台共同形成一种新型组合支承结构,提高吊底和底模的周转率,加快工程进度,确保大体积高桩墩台施工的安全和质量,经济和技术效益明显。可为类似墩台施工、钢管桩与上部结构连接方式设计提供参考。     

Numerical study on fatigue crack growth at a web-stiffener of ship structural details by an objected-oriented approach in conjunction with ABAQUS

It is necessary to manage the fatigue crack growth (FCG) once those cracks are detected during in-service inspections. This is particular critical as high strength steels are being used increasingly in ship and offshore structures. In this paper, a simulation program (FCG-System) is developed utilizing the commercial software ABAQUS with its object-oriented programming interface to simulate the fatigue crack path and to compute the corresponding fatigue life. In order to apply FCG-System in large-scale marine structures, the substructure modeling technique is integrated in the system under the consideration of structural details and load shedding during crack growth. Based on the nodal forces and nodal displacements obtained from finite element analysis, a formula for shell elements to compute stress intensity factors is proposed in the view of virtual crack closure technique. Neither special singular elements nor the collapsed element technique is used at the crack tip. The established FCG-System cannot only treat problems with a single crack, but also handle problems with multiple cracks in case of simultaneous but uneven growth. The accuracy and the robustness of FCG-System are demonstrated by two illustrative examples. No stability and convergence difficulties have been encountered in these cases and meanwhile, insensitivity to the mesh size is confirmed. Therefore, the FCG-System developed by authors could be an efficient tool to perform fatigue crack growth analysis on marine structures.     

沿海交通水域测绘行业管理研究

文中在东海海区三个测量案例分析的基础上,指出了沿海交通水域测绘市场中存在的主要问题和原因,并提出了进一步加强海事测绘部门和通航部门合作,规范行业管理的对策建议。