腐蚀裂纹损伤下船舶管路抗冲击时变剩余强度研究

舰艇管路系统对冲击载荷作用非常敏感,遭受冲击载荷后通常会引起管路系统应力或变形过大而破坏,而裂纹和腐蚀作为常见的一种损伤缺陷导致结构承载力下降,降低管路系统的使用寿命.因此针对典型管路系统管路段,建立仿真精度较高的典型管路有限元模型,对典型管路系统管抗冲击性能进行分析;根据仿真分析结果,确定管路结构强度的薄弱节点或分段(称之为关键节点或关键结构)作为裂纹扩展的初始点.基于管路系统腐蚀和裂纹的发展规律和有限元计算方法,建立管路系统时变剩余强度预报模型,发展一种分别计及腐蚀、裂纹2种因素作用下,舰艇管路系统在三向冲击载荷作用下剩余强度的计算方法和实现流程.在此基础上,分别研究裂纹损伤、腐蚀损伤在不同服役年限下冲击载荷对舰艇管路时变剩余强度的影响规律.     

基于ANSYS的高精度管路系统抗冲击仿真方法及试验验证

针对船舶管路系统抗冲击性能仿真方法精度不足的问题,研究用于舰船管路系统的高精度抗冲击仿真方法。采用ANSYS有限元实体建模技术、冲击时域分析法对空间管路系统抗冲击性能进行研究,搭建管路系统抗冲击试验平台,对不同冲击载荷下管路系统的抗冲击性能进行试验验证,最后以舰艇典型管路系统为算例,研究三向冲击载荷作用下舰船管路的抗冲击性能。研究给出了基于接触单元、弹性约束、实体附件单元等高精确的管路建模技术,提出了船舶管路抗冲击时域仿真流程。研究表明,采用时域分析法和实体建模技术满足抗冲击仿真高精度的要求,舰船空间管路系统的横向抗冲击性能较差,法兰、直角弯管处、连接支管处等部位为管路系统薄弱结构。根据仿真结果,文章还提出了一系列用于工程实践的管路优化布置方法。     

含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹及腐蚀损伤对于浮式生产储油卸油装置（FPSO）结构来说难以避免,这将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构的剩余极限强度意义重大。目前针对裂纹及腐蚀损伤联合作用下FPSO结构剩余极限强度的研究相对欠缺,本文采用非线性有限元分析方法,研究了不同腐蚀及裂纹损伤组合形式下FPSO结构剩余极限强度的衰减规律。结果表明,腐蚀与裂纹损伤均导致极限强度线性衰减,并且腐蚀损伤对极限强度的影响远大于裂纹损伤。研究结果对FPSO结构的设计、维护与延寿具有一定的参考价值。     

典型管路系统抗冲击性能仿真分析及改进研究

文中基于典型管路系统动态响应分析方法,建立了考虑典型管路元器件的仿真精度较高的管路系统抗冲击性能仿真方法。以空间和平面两段管路系统作为研究对象,较全面的考虑了管路元器件、管路弯头、管路支吊架的设置等元器件对典型管路系统的影响,采用ANSYS软件建立典型管路系统整体有限元模型,并且分别分析了横向、纵向、垂向冲击对该管路系统性能的影响,给出管路抗冲击薄弱环节,并提出改进建议。     

舰船内腐蚀海水管路剩余强度预测模型及试验验证

舰船海水管路内壁长期受海水侵蚀产生腐蚀缺陷,降低了管路结构强度.腐蚀后的海水管路强度不足,在管路内压力作用下易发生破裂导致舰船安全事故.本文在对比现有腐蚀工业油气管道剩余强度评价方法的基础上,基于DNV-RP-F101标准,建立了内腐蚀薄壁海水管路剩余强度预测模型,并进行了静水压爆破试验以验证模型的准确性.试验表明,本文提出的内腐蚀薄壁海水管路剩余强度预测模型可用于评价不同材质的舰船薄壁海水管路受腐蚀后的剩余强度,且预测的剩余强度准确度较高,对管路合理维修具有指导意义.     

船舶海水管路腐蚀机理分析与防护措施

船舶管路腐蚀问题一直是困扰船舶的比较突出的问题之一。文中就船舶海水管路腐蚀的形态、原因和腐蚀机理进行了分析。同时提出了一些防护措施，可供参考。     

冲击荷载作用下船舶管路系统动力响应时域仿真分析及模型试验

舰艇管路系统的抗冲击安全性能是其战斗力及生命力的重要组成部分,研究管路系统抗冲击最有效的方法为实船爆炸,但是费用昂贵,因此找出一种与实际试验符合的高精度数值研究方法的需求极为迫切.本文基于时域分析法,分别采用接触单元、固定约束单元模拟管夹、支吊架管路元器件对管路系统的约束,建立冲击荷载作用下管路系统的时域仿真计算分析方法,并通过典型船舶管路段跌落台物理模型试验对上述仿真方法进行有效修正和验证.通过模型试验验证,本文给出的仿真分析方法仿真精度与试验结果相比,峰值误差小于15％.     

腐蚀和裂纹损伤下海洋平台极限强度试验研究

根据墨西哥湾某一典型固定式海洋平台为原型,按照刚度相似性和几何相似性,分别设计并制作了完好模型、腐蚀模型、裂纹模型,并对三个试验模型开展极限强度试验研究,试验结果表明腐蚀、裂纹损伤严重影响试验模型极限承载力,且试验模型失效模式各不相同.同时,采用非线性有限元方法,分别对三个试验模型进行计算,将计算结果与试验结果对比分析,验证了该方法在固定式海洋平台极限强度计算方面的有效性.     

舰艇管路系统的抗冲击性能弹性评估方法

舰艇管路系统的抗冲击安全性能是其生命力要素的重要组成部分,因此对舰艇管路的抗冲击设计分析方法的需求也十分迫切.本文以火力发电厂汽水管路设计计算方法为原理,对容易破坏的管路部件的应力增强系数进行验证性计算,提出了多点支撑管路系统的冲击载荷输入方法,给出了管路系统的抗冲击性能评估方法.通过试验,验证了评估方法具有足够的安全系数,可以作为舰艇管路系统抗冲击性能的评估方法.     

船用冷凝器冷却管的腐蚀剩余寿命预测方法研究

针对船用冷凝器的主要失效模式-冷却管点蚀穿孔,用Gumbel分布拟合冷凝器冷却管最大腐蚀深度的概率分布,用长磨合期磨损速度公式拟合呈指数衰减形式的冷却管腐蚀速度,通过对最早泄漏时间预测值时刻的可靠度赋值,得到满足期望可靠度的最大腐蚀深度估计值及腐蚀剩余寿命.基于积累的腐蚀数据和船用冷凝器剖管分析报告,进行了实例计算.该方法是对腐蚀数据统计分析理论及腐蚀寿命预测理论的合理补充,且在确定设备检修时间及报废时间方面具有一定的应用价值.     

点蚀损伤板在复杂受力状态下的极限强度研究

采用非线性有限元软件模拟船底板单面点腐蚀,通过对边缘载荷系数比、蚀坑分布、直径、深度的改变,经过一系列的数值计算分析,结果表明横向载荷和侧压对板的极限强度影响不可忽略,计算板的极限承载能力时需要考虑计及侧压与横向载荷。在复杂受力状态下,就单考虑蚀坑深度时,板表面的蚀坑深度在0~0.5t区间变化时,极限强度相应的折减率比大于1/2板厚时更大,极限强度对蚀坑深度更加敏感。腐蚀面积不能有效表征腐蚀程度,当DOP系数相同时,点蚀后板的最小横截面决定了极限强度的大小。     

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究

在对水下爆炸载荷作用下典型舰船结构损伤研究的基础上,分析了塑性变形和各种破口形状尺寸等受损情况下Nishihara箱形梁的极限强度,得出结论:有破口的箱形梁未必比有塑性变形的极限强度小,若中剖面破口长度相等,则破口面积越大极限强度越小。利用NAPA软件建立典型舰船的模型得出设计载荷并导入MSC.Patran划分网格、定义属性并施加载荷与边界条件,运用MSC.Dytran模拟水下爆炸载荷高瞬态非线性分析,通过MSC.Nastran与工程软件MARS对该模型进行极限强度非线性分析对比,提出了一种对真实爆炸损伤状态下的舰船结构极限强度计算方法,证明其运用于结构设计校核极限强度的有效性和安全性。     

含裂纹损伤的舱段剩余极限强度研究

在船舶服役过程中船体结构经常会受到外部载荷因素产生裂纹,而降低船舶结构的承载能力。一直以来船舶研究者对含裂纹结构的强度研究都很重视。随着船舶设计理念的不断更新和船舶建造材料的突破,有关船舶上裂纹损伤的研究也越来越多。本文使用有限元分析方法以舱段结构为研究对象,考虑结构尺寸和裂纹特征的影响,开展含裂纹损伤的舱段剩余极限强度研究,获得了相关结论。根据得到的有限元结果,基于准牛顿法(BFGS)和通用全局优化法,提出了在弯曲、扭转荷载分别作用下考虑厚度影响的含裂纹损伤下的舱段结构剩余极限强度评估公式,为具有缺陷情况下的舰船用舱段结构剩余极限强度提供评估依据。     

船舶推进系统齿轮箱的抗冲击性能研究

齿轮箱是船舶推进系统的关键组成部分,其运行质量直接决定了船舶的动力性能。船舶推进系统齿轮箱的工况复杂,受到船舶振动和基座变形的影响,齿轮箱易产生疲劳变形和振动噪声等问题。近年来,随着机械制造技术的进步,船舶齿轮箱也向着大功率、低噪声、轻量化、高转速等方向发展。本文以船舶推进系统齿轮箱为研究对象,建立了齿轮箱的多体耦合有限元模型,对动态冲击载荷下的齿轮箱的抗冲击性能进行载荷分析,并对齿轮箱的振动和弹性变形等进行有限元分析。本研究对提高船舶推进系统齿轮箱的结构强度、提高抗冲击性能等有重要的指导作用。     

含单腐蚀和群腐蚀缺陷高强钢管道失效压力

腐蚀是引起油气管道破坏的重要原因,群腐蚀是常见的缺陷形式。文章基于非线性有限元,对单腐蚀缺陷高强钢油气管道的失效压力进行了分析,回归了单腐蚀管道失效压力计算公式,考虑群腐蚀轴向和环向未腐蚀区域的影响,提出了群腐蚀管道失效压力计算方法,给出了群腐蚀缺陷高强钢管道失效压力计算实例,并与实验结果和有限元计算结果对比分析,证明计算方法的合理性,为复杂腐蚀缺陷高强钢油气管道剩余强度评估提供了参考。     

冲击毁伤载荷作用下新型舰船舱壁结构型式研究

本文对高速破片与冲击波载荷联合作用下典型舰船舱壁结构的动态响应过程进行数值模拟研究.基于结构吸能和破片平均剩余速度的评判标准,对比分析3种新型夹芯板双层舱壁(I型、X型、V型)抗冲击毁伤特性.研究结果表明,在相同高速破片与冲击波载荷联合作用下,破片穿透V型夹芯板双层舱壁结构的平均剩余速度最小,并且V型夹芯板结构吸能最多;3种新型夹芯板舱壁结构抗冲击性能均强于典型单层舱壁结构.     

冲击毁伤载荷作用下新型舰船舱壁结构型式研究

本文对高速破片与冲击波载荷联合作用下典型舰船舱壁结构的动态响应过程进行数值模拟研究。基于结构吸能和破片平均剩余速度的评判标准,对比分析3种新型夹芯板双层舱壁(I型、X型、V型)抗冲击毁伤特性。研究结果表明,在相同高速破片与冲击波载荷联合作用下,破片穿透V型夹芯板双层舱壁结构的平均剩余速度最小,并且V型夹芯板结构吸能最多;3种新型夹芯板舱壁结构抗冲击性能均强于典型单层舱壁结构。