疲劳裂纹损伤下海洋平台结构的极限强度研究

基于多尺度建模方法构建了含裂纹损伤海洋平台结构的混合尺度有限元模型,其包含由壳单元描述的细观节点和由梁单元描述的宏观构件.将该多尺度模型用于研究波流耦合载荷作用下关键节点处焊缝裂纹的扩展规律.并将疲劳裂纹引入整体海洋平台的结构模型,在极端水平(水线处)载荷作用下,研究裂纹分布位置影响结构极限强度的退化规律.研究结果表明:水平载荷作用下,关键节点的斜撑在平行于载荷作用方向产生的裂纹相比于其他部位的裂纹,会导致更为显著的结构极限强度退化;处于结构受拉侧的裂纹,使得结构极限强度退化尤其严重;裂纹分布位置的差异会导致不同程度的极限强度退化,但仅关键节点处的裂纹才会显著削弱结构的极限强度.     

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。     

舰船结构极限强度计算及试验研究

采用非线性有限法进行舰船极限强度计算,并结合劳氏军规中关于极限强度的要求进行极限强度评估。依据极限强度评估结果,确定模型试验的研究对象,基于非线性有限元计算和模型试验结果进行实船极限强度预报,形成一套非线性有限元法和模型试验相结合的实船极限强度预报方法,为舰船的极限强度计算和试验提供参考。     

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.     

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。     

波浪荷载作用下海洋平台半主动控制试验研究

为研究半主动控制方法对波浪荷载引起海洋平台振动控制的效果及特点,以一典型导管架式海洋平台为原型,根据动力相似准则按1∶50比例设计海洋平台结构模型,以磁流变阻尼器为半主动控制实现装置,优化设计半主动控制系统.在此基础上进行了规则波和不规则波2种工况下波浪水池模型试验,对平台在波浪荷载作用下的减振效果进行了研究.试验结果表明:磁流变阻尼器半主动控制系统能够对平台结构的振动进行有效地控制,且控制效果较稳定.     

考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余极限强度研究进展

为得到考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余强度研究领域的发展趋势,本文对国内外该领域公开发表的文章进行综述,根据本文的研究可以发现:由于海洋钢结构的大尺度和复杂性,数值模拟已成为受蚀船体结构剩余强度的主要研究方法,但模拟结构的有效性仍需进一步检验;对于点腐蚀,就研究参数而言,长细比、DOP、体积损失是学者们最为关注的指标,但对点蚀板强度缺少时变可靠性研究;计算模型中都缺乏对焊接残余应力的考虑.本文所做的研究可为该领域下一步研究方向提供参考.     

考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余极限强度研究进展

为得到考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余强度研究领域的发展趋势,本文对国内外该领域公开发表的文章进行综述,根据本文的研究可以发现:由于海洋钢结构的大尺度和复杂性,数值模拟已成为受蚀船体结构剩余强度的主要研究方法,但模拟结构的有效性仍需进一步检验;对于点腐蚀,就研究参数而言,长细比、DOP、体积损失是学者们最为关注的指标,但对点蚀板强度缺少时变可靠性研究;计算模型中都缺乏对焊接残余应力的考虑。本文所做的研究可为该领域下一步研究方向提供参考。     

腐蚀损伤对深海半潜式平台结构极限强度的影响研究

极限强度是半潜式海洋平台适应环境能力的重要指标,鉴于腐蚀损伤对平台极限承载能力的重要影响,在评价平台结构安全性时应考虑腐蚀损伤因素。文章以3000m深海半潜式平台为研究对象,运用有限元软件建立以腐蚀厚度为变量的典型构件和节点的参数化模型,基于逐步破坏分析法和有限元计算法,采用增量理论按比例逐步加载,计算了典型构件和节点在腐蚀损伤影响下的极限承载力,总结了典型构件和节点在不同失效模式和服役年限下的极限承载力演变规律。     

固定式海洋平台的时域振动响应研究

近海结构的研究是海洋工程领域的重要专题.本文以Airy线性波理论和莫里森方程为基础推导平台结构的运动方程.将波浪力简化为二节点集中载荷,从动力学的角度分析结构的响应特征.以一简化的固定平台为算例,以不同的入射波为激励条件分析比较结构的位移响应、速度响应以及加速度响应.研究结果表明,随着入射波强度的增大,结构的振动变得更为剧烈,且结构的振动响应不仅与入射波的周期和波高有关,与波浪的形式也有一定的关系.     

海洋平台相似模型设计及模态实验分析

通过理论分析,研究了材料阻尼对相似模型设计及实验数据分析的影响,在此基础上,设计并建造了海洋平台相似模型,并通过多输入单输出的方法对相似模型进行模态实验,得到其固有频率、空间振型、阻尼比等动力学参数。结果表明,材料阻尼对相似模型的几何尺寸没有影响,对模型的固有频率影响不大,可以忽略;但对模型的动力响应影响很大,在实验数据分析中必须加以考虑;为了方便应用,还给出已知阻尼比和阻尼系数时的转换关系。将模态实验数据与仿真分析结果进行对比,二者符合较好,从而验证了相似模型设计与建造的一致性及实验数据的可靠性。     

具有中心穿透裂纹缺陷的矩形板极限拉伸强度分析

本文利用弹塑性有限元分析结果对现有的裂纹板的拉伸极限强度简化公式进行了修正，得到了与实验结果比较吻合的修正公式，并且以受单向拉伸、具有中心穿透裂纹的正方形板为例，借助弹塑性断裂力学的理论推导了断裂控制基础上该材料的极限拉伸强度计算公式，从而从理论上解释了修正公式的合理性。     

半潜式平台极限状态评估

对某半潜式钻井平台,采用ANSYS建立有限元计算模型,进行了典型波浪荷载作用下平台非线性垮塌性分析,不考虑几何非线性和初始缺陷的影响。分析结果表明,平台最终的失效形式和水动力荷载作用形式十分相关,初始失效部位和最终失效状态各不相同。文中对ANSYS计算模型和SESAM计算模型进行了对比,在相同的荷载条件下分别计算了两个模型,比较ANSYS计算结果和SESAM计算结果及ABS和DNV规范理论结果,三者结果吻合较好。对非线性垮塌分析结果进行了讨论,通过对截面力作用形式的分析,建立了两类半潜式平台极限状态方程。文中半潜式平台非线性垮塌分析结果可以作为基于ABS和DNV规范的半潜式平台极限状态的基准性研究。     

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.     

半潜式平台总体强度计算和关键结构极限强度计算方法研究

给出了基于ANSYS/AQWA软件的半潜式平台整体强度分析方法,采用逐步破坏分析法和有限元计算方法,计算半潜式海洋平台关键节点和关键构件极限强度。以一典型深水半潜式平台为对象,进行了自存工况和作业工况下8个典型危险波浪载荷条件下的平台整体强度有限元分析,选取应力最大的横撑和立柱局部结构作为计算模型,确定合理的边界条件,通过计算给出了半潜式平台关键节点和关键构件的极限承载力,为下一步平台结构的安全性评价提供可靠依据。     

荔湾3-1燃气透平压缩机的选型及维修方案研究

本文以荔湾3-1平台上的天然气压缩机为研究对象,概述了天然气压缩机的选型、配置和维修方案,并确定了索拉TITAN250为最优机型。用于其吊装维修的滑道梁由于超出了标准规定范围,因此项目采用了有限元分析法确定了滑道梁翼缘及腹板的厚度,并通过板拼接方式组成。     

三维裂纹扩展时动态应力强度因子的有限元研究

三维裂纹在动态断裂力学中,由于其数学和物理上的复杂性,求解其动态应力强度因子受到一定的约束。文中主要介绍了利用有限元分析软件ANSYS来求解三维动态应力强度因子。     

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。     

TIG熔修提高船体钢焊接接头腐蚀疲劳抗力的研究

对经ＴＩＧ熔修和未经ＴＩＧ熔修的４５ｋｇ级船体钢焊接试样进行了全面模拟实船肥役条件的腐蚀疲劳实验研究。结果表明，按一定工艺规范熔修处理的焊接接头，其海水介质腐蚀疲劳抗力得到了显著的提高。     

Accuracy of nonlinear finite element collapse predictions for submarine pressure hulls with and without artificial corrosion damage

Nonlinear finite element (FE) collapse pressure predictions are compared to experimental results for submarine pressure hull test specimens with and without artificial corrosion and tested to collapse under external hydrostatic pressure. The accuracy of FE models, and their sensitivity to modeling and solution procedures, are investigated by comparing FE simulations of the experiments using two different model generators and three solvers. The standard FE methodology includes the use of quadrilateral shell elements, nonlinear mapping of measured geometric imperfections, and quasi-static incremental analyses including nonlinear material and geometry. The FE models are found to be accurate to approximately 11%, with 95% confidence, regardless of the model generator and solver that is used. Collapse pressure predictions for identical FE models obtained using each of the three solvers agree within 2.8%, indicating that the choice of FE solver does not significantly affect the predicted collapse pressure. The FE predictions are found to be more accurate for corroded than for undamaged models, and neglecting the shell eccentricity that arises due to one-sided shell thinning is found to significantly decrease the resulting accuracy of the FE model.