船舶舱口角隅疲劳强度及热点应力研究

舱口角隅部分的疲劳问题是疲劳分析的重要内容.本文建立了某船的全船有限元模型并分别采用嵌入式模型和外部模型对舱口角隅进行细化.比较不同的单元类型、热点应力选取方式对疲劳损伤的影响.同时采用直接计算的谱分析方法计算了舱口角隅的疲劳损伤.发现当选用最大主应力作为热点应力时实体单元计算结果较壳单元偏小.同一类型单元节点数目的不同对损伤结果影响不大.热点应力选取方式对疲劳损伤的计算影响较大,在对舱口角隅疲劳强度进行分析时建议选用最大主应力插值的方式计算热点应力.     

大型集装箱船舱口角隅高低周复合疲劳寿命预报方法研究

大型集装箱船遭遇高海况时，舱口角隅处应力水平可能接近甚至超过材料屈服极限，因此循环极端载荷作用下的舱口角隅疲劳损伤可视为高低周复合疲劳问题。本文采用一种高低周复合疲劳寿命预报模型对某大型集装箱船的舱口角隅进行疲劳寿命预报。首先建立全船有限元模型和水动力模型，给出不同浪向角及波浪频率下舱口角隅节点的热点应力传递函数，然后采用北大西洋波浪散布图得到节点的应力范围，对其中超过80%屈服应力的海况，通过Neuber公式求出角隅节点的弹塑性循环应力应变幅，最后采用复合疲劳模型计算得到舱口角隅的高低周复合疲劳寿命。与采用谱分析方法预报的疲劳寿命进行对比后的结果显示，高海况导致舱口角隅发生的低周疲劳损伤不可忽略，应采用高低周复合疲劳评估方法对其进行寿命预报。本文工作可为船体结构疲劳寿命的准确预报提供参考。     

椭圆形舱口角隅的疲劳强度研究

基于《钢质海船入级规范》以及《船体结构疲劳强度评估指南》对椭圆形舱口角隅的相关规定,应用自主开发的椭圆形舱口角隅网格自动划分系统,创建不同尺寸与板厚的椭圆形角隅细化模型,利用MSC.Patran有限元软件对该区域进行疲劳计算,分析其边缘热点应力,从而得出角隅尺寸、板厚对角隅疲劳强度热点应力的影响规律。     

椭圆形舱口角隅有限元网格自动划分研究

针对椭圆形舱口角隅网格的自动划分方法,采用MSC.Patran二次开发语言PCL,编制了椭圆形舱口角隅网格的自动划分系统。应用此系统对多个不同尺寸的椭圆形角隅进行了热点应力分析,并且将其与相应尺寸的圆形角隅热点应力作了比较。计算结果表明:椭圆形舱口角隅自由边处的热点应力比圆形舱口角隅处小得多。     

波激振动对超大型集装箱船疲劳强度的影响研究

超大型集装箱船具有开口大、刚度低和航速快等特点,导致其波激振动现象突出,增加了疲劳破坏风险。论文以18, 000TEU箱船为研究对象,考虑对称与反对称模态的共同作用,采用有限元法进行干模态分析。基于三维线性频域水弹性理论,对其进行水弹性效应分析。然后采用谱分析法,通过直接计算求解热点应力响应,结合线性累积损伤法,求得疲劳损伤值和疲劳年限,并将其与刚体理论结果对比,分析波激振动对舱口角隅疲劳的影响。研究表明:当遭遇频率接近船体湿固有频率时,波激振动效应会引起船体载荷高频响应及应力高频响应,使得舱口角隅疲劳累计损伤度大幅增加,疲劳寿命普遍降低约30%～40%,部分节点甚至高达50%多。     

散货船弹性舱口角隅设计

针对散货船舱口角隅自由边的应力峰值通常较高,疲劳寿命难以满足,舱口角隅处通常需要嵌入厚板才能满足规范要求的问题,引入弹性舱口角隅的设计概念,通过对原角隅处产生一个下凹圆弧形弹性接头来降低舱口角隅自由边的应力。通过分析下凹圆弧的位置、半径及下凹部分长度对舱口角隅自由边应力和疲劳寿命改善效果的影响,探讨弹性舱口角隅的一般设计原则。结果表明,下凹圆弧的位置对自由边应力影响不大;下凹圆弧半径越大、下凹部分长度越长,则自由边应力越小,疲劳寿命越长。与传统舱口角隅相比,弹性舱口角隅可大幅降低舱口角隅自由边的应力,提高其疲劳寿命,降低舱口角隅发生疲劳裂纹的风险。     

基于过渡单元的有限元细化法在舱口角隅处的研究

针对集装箱船舱口角隅处的应力计算,提出一种针对舱口角隅处网格的自动有限元精细划分算法。在进行完整船有限元分析后,截取出局部舱口角隅模型进行网格细化,将粗网格计算结果作为细网格模型边界条件,再次进行有限元分析。结果表明细化网格分析能反映出应力梯度比较大的区域的应力变化情况,其分析结果好于整体分析结果。     

基于共同规范的散货船货舱口角隅疲劳强度评估

根据《散货船结构共同规范》（CSR）中疲劳强度评估的要求,使用MSC.Patran/Nastran和中国船级社开发的CSR自动加载程序,对176 000 dwt散货船货舱口角隅处进行疲劳强度分析。建立货舱口角隅处的结构有限元模型并细化网格,进行热点应力分析,根据线性疲劳累计损伤原理,进行了疲劳累计损伤计算,结果表明货舱口角隅处的疲劳强度满足规范要求。     

8 530 TEU集装箱船全船弯扭强度和舱口角疲劳强度分析

8 530 TEU集装箱船的船长和船舱大开口宽度都显著超过国内船厂以往建造的集装箱船,因此对该船的波浪诱导载荷、全船弯扭强度,以及舱口角的疲劳强度都作了认真研究。研究中建立全船有限元模型,用来分析波浪诱导载荷,计算船体结构应力水平等。在此基础上,选取3个典型的舱口角,建立精细有限元模型,利用热点应力法,计算舱口角热点应力范围和热点疲劳寿命。最后总结出该集装箱船的全船弯扭强度和舱口角疲劳强度的特点。     

大开口船舱口角隅应力集中问题研究

建立了大开口船舶舱口角隅应力集中有限元计算模型,讨论了４种应力释放孔孔形以及无应力释放孔时舱口角隅处的应力分布情况,并讨论了加加厚板后的应力分布情况。从实用角度分析了应力释放孔和加加厚板的效果,为解决大开口船舶舱口角隅处应力集中问题提供了计算依据。