船体结构疲劳载荷计算中几个重要参数的探讨(英文)

基于线性累积损伤原理的船体结构疲劳强度评估方法已经在各种民船结构的设计规范中得到了广泛的应用,但其中疲劳载荷的计算方法和主要参数差别较大,导致结构疲劳寿命的评估结果具有一定的分散性。文中利用长期疲劳应力范围的Weibull分布和S-N曲线方法给出的结构疲劳寿命谱分析计算公式,通过理论分析和数值计算,分析了对结构疲劳损伤贡献率最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,以及S-N曲线反斜率对该超越概率水平的影响。研究了不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的影响,讨论了疲劳寿命对超越概率水平、形状参数和S-N曲线反斜率的敏感性。文中给出的一些结论对国际船级社协会正在进行的共同油船和散货船结构规范协调性研究具有参考价值。     

HCSR疲劳载荷概率水平及形状参数的研究

针对协调共同规范（HCSR）中疲劳评估的概率水平和形状参数的选取问题,通过理论分析和数值计算分析对结构疲劳损伤贡献率最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,分析不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的敏感性,通过实船谱分析计算,得到热点应力范围长期分布。     

半潜式平台结构疲劳特征研究

本文研究2种典型结构形式半潜平台在不同海域结构应力长期分布特征。对比中国南海典型波浪散布与墨西哥湾典型波浪散布特征,计算两海域平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。中国南海典型环境条件对于双下浮体式半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1,对于环形浮箱半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1.05,为针对中国南海应用简化疲劳分析方法分析半潜式平台结构疲劳寿命提供依据。同时,计算得到两类典型半潜式平台在墨西哥湾典型环境条件下结构波浪应力长期Weibull分布形状参数值不大于0.8的结论,证实对于半潜式平台的疲劳设计,南海疲劳海况较墨西哥湾海况更恶劣。     

基于参数化子模型的SWATH船典型节点抗疲劳设计

复杂的交变载荷、特殊的结构形式和高强度钢的大量使用使小水线面双体船连接桥结构的疲劳强度问题尤为突出。针对此问题,研究在整船有限元分析的基础上,采用子模型法对SWATH船支柱体高应力集中区域的典型节点进行基于Miner线性累积损伤理论和Weibull分布连续模型的疲劳强度分析。并通过有限元分析软件Ansys及其参数化编译语言APDL建立该典型节点的参数化子模型,结合以表征结构疲劳寿命的累积损伤度和影响疲劳强度的形状和尺寸参数建立的优化模型进行优化设计研究。算例结果表明,该方法能够在提高结构疲劳强度的情况下,提出结构重量较轻的节点形状和尺寸方案,为此类结构的抗疲劳设计提供参考。     

半潜式平台结构疲劳特征研究

本文研究2种典型结构形式半潜平台在不同海域结构应力长期分布特征。对比中国南海典型波浪散布与墨西哥湾典型波浪散布特征,计算两海域平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。中国南海典型环境条件对于双下浮体式半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1,对于环形浮箱半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1.05,为针对中国南海应用简化疲劳分析方法分析半潜式平台结构疲劳寿命提供依据。同时,计算得到两类典型半潜式平台在墨西哥湾典型环境条件下结构波浪应力长期Weibull分布形状参数值不大于0.8的结论,证实对于半潜式平台的疲劳设计,南海疲劳海况较墨西哥湾海况更恶劣。     

金属基复合材料热机械疲劳寿命影响参数研究

基于细观损伤机理,通过对金属基复合材料在热/机械循环载荷下疲劳破坏的数值模拟,研究了六种参数对疲劳寿命的影响.结果表明:(1)疲劳寿命随着试样尺寸的增大而缩短,但达到临界尺寸,即纤维规模超过25根或者长度超过30倍纤维直径后,疲劳寿命将不受尺寸变化的影响;(2)纤维体积含量影响了材料抗疲劳破坏的能力,疲劳寿命随着纤维体积百分含量的提高而延长;(3)疲劳寿命依赖于纤维强度Weibull分布中形状参数的变化,疲劳寿命随着形状参数的增大而延长;(4)疲劳寿命随着疲劳延性系数的增大而延长,但随着疲劳延性指数绝对值的增大而缩短.     

LNG动力船燃料罐疲劳强度分析

为全面有效地执行国际海事组织发布的《使用气体或其他低闪点燃料船舶国际安全规则》（IGF规则）,采用两参数Weibull分布表示应力范围的长期分布,基于IGF规则中液化天然气（LNG）等液化气体对B型燃料舱疲劳设计条件的相关要求,结合国际船级社协会和中国船级社相关规范及指南对疲劳评估规范的要求,推导出累积损伤计算的简化公式。算例表明,简化的计算方法能方便、有效地计算不同设计使用寿命（对应于总的波浪遭遇次数）和对应概率水平载荷下的液化气体B型燃料舱累积损伤度。在IGF规则要求框架下,所提算法可直接满足IGF规则要求的累积损伤计算要求。     

8530TEU集装箱船船舯上甲板角隅疲劳寿命预估

选择沪东中华造船（集团）有限公司即将建造的8530TEU集装箱船船舯No．5货舱区上甲板角隅为分析对象，采用半概率的设计波法，分另4计算得到在10^-4超越概率下满载状态和压载状态时该角隅边缘最大应力范围；然后根据挪威船级社规范，基于S—N曲线和Palmgren—Miner线性累积损伤理论计算该角隅的疲劳累积损伤度，并进行了疲劳寿命预估；最后，讨论了不同波浪散布图的选取对该角隅疲劳寿命计算的影响。     

内河船舶可靠性分析中的波浪弯矩统计与极值分布

以内河A级航区波浪散布图与波浪谱为环境参数,基于三维势流水动力程序对43艘内河船舶进行波浪弯矩长期预报,获得样本船波浪弯矩长期Weibull概率分布的形状参数、尺度参数和10-8超越概率的预报值。将波浪弯矩预报值与静水弯矩进行对比,根据Turkstra载荷组合规则,确定船体梁总纵强度可靠性分析中的载荷组合形式。在此基础上采用序列统计法对波浪弯矩极值分布进行分析,极值分布近似服从Gumbel分布,即I型极值分布。     

大型集装箱船高强度厚钢甲板安全寿命评估方法

疲劳是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一.高强度钢的应用使得结构的疲劳问题更加突出.对于采用以高强度厚钢板为甲板的大型集装箱船来说,有必要进行高强度厚钢板的焊接缺陷部位安全寿命评估方法研究.以应力范围的长期分布服从两参数Weibull分布的随机载荷为疲劳载荷,裂纹扩展率采用单一曲线模型预报裂纹在任意时刻的尺寸,结合应力强度因子并参考应力计算方法和失效评估图技术提出一套计算集装箱船高强度钢厚钢板安全寿命评估的方法.通过编制计算程序,对某集装箱船甲板进行安全寿命计算.最后,分析疲劳载荷谱对安全寿命的影响.计算结果表明：载荷回复期的长短和Weibull分布的形状参数的取值都会极大影响结构疲劳安全寿命.     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

超深水钻井船月池角隅区域疲劳强度及载荷敏感性分析

根据第七代超深水钻井船的结构特点,开展月池大开口区域疲劳筛选,针对筛选出的疲劳热点,采用谱分析方法分析迁移、钻井、采油3种载况下的疲劳损伤度,得到月池开口角隅的疲劳寿命,分析载况、浪向、海况参数等对结构疲劳损伤的贡献度及敏感性。     

冰区平台疲劳可靠性与参数敏感性分析

以一渤海海域平台为研究对象,在已计算出平台冰激疲劳损伤概率特征的基础上,以波高、波浪周期、弹性模量、临界损伤和冰激疲劳损伤为随机输入变量建立平台疲劳可靠性分析功能函数,利用ANSYS可靠性分析模块研究冰区平台疲劳的可靠性与参数敏感性.     

船舶疲劳应力监测系统研究

本文针对船舶疲劳应力监测问题,阐述了监测系统计算监测点累积损伤度和预测剩余疲劳寿命的原理,并建立了船舶疲劳实时监测系统,最后进行了试验验证分析。试验结果表明,该系统运行稳定,计算的试件累积损伤度与理论值吻合,且对剩余疲劳寿命预测较为可靠。通过光纤传感器与电阻应变片实测应力值的比较,得出光纤传感器能够满足应力监测的要求。     

海洋核动力平台疲劳寿命评估

针对海洋核电平台,提出一种疲劳评估方法。考虑海洋核电平台的工作特性,工作状态时选取首向浪向不等概率分布的波浪载荷,拖航状态时选取全浪向等概率分布的波浪载荷,分别计算出两种波浪载荷下的疲劳损伤度,再根据两种状态下的时间分配系数得到总的损伤度。根据提出的疲劳评估方法,建立核电平台的有限元模型,选取危险疲劳节点进行细化处理,通过有限元分析得到应力传递函数以及疲劳损伤度,验证了评估方法的可靠性,确定了危险疲劳节点的位置,并为类似平台的疲劳问题提供参考。     

海洋核动力平台疲劳寿命评估

针对海洋核动力平台,使用谱分析法评估其疲劳寿命。考虑海洋核动力平台的工作特性,工作状态下选取首向浪向不等概率分布波浪载荷,拖航状态下选取全浪向等概率分布波浪载荷,分别计算出2种波浪载荷下的疲劳损伤度,再根据2种状态下的时间分配系数得到总损伤度。根据谱分析疲劳评估方法,建立海洋核动力平台的有限元模型,选取危险疲劳节点进行细化处理,通过有限元分析得出应力传递函数以及疲劳损伤度,验证了评估方法的可靠性,确定了危险疲劳节点的位置,并为类似的平台疲劳问题提供参考。     

船舶疲劳应力监测系统

针对船舶疲劳应力监测问题,阐述监测系统计算监测点累积损伤度和预测剩余疲劳寿命的原理,并建立船舶疲劳实时监测系统,最后进行试验验证分析。试验结果表明,该系统运行稳定,计算的试件累积损伤度与理论值吻合,且对剩余疲劳寿命的预测较为可靠。光纤传感器与电阻应变片实测应力值的比较结果证实光纤传感器能够满足应力监测的要求。     

4500米级载人深潜器耐压球壳疲劳可靠性分析

采用能计及裂纹闭合以及裂纹前缘的三维约束效应的裂纹扩展预报模型对我国研制中的4500米载人深潜器钛合金耐压球壳的疲劳寿命研究。参考国外同级别深潜器下潜统计数据建立了疲劳载荷概率模型,基于响应面法开展了疲劳可靠性分析,得到了失效概率及各随机变量参数敏感性结果,对载人球壳抗疲劳设计及结构安全性评估具有一定的参考意义。     

基于谱分析法的FPSO剩余疲劳寿命研究

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。多年来,船舶结构的疲劳断裂问题一直是造船界广泛关注的问题[1]。对于由大型油船改装而成的FPSO而言,预测并延长其服役寿命是很关键的。本文通过谱分析法对船体疲劳损伤度进行计算,分别对油船和FPSO阶段进行计算从而得到FPSO剩余疲劳寿命。通过建立3D有限元模型,采用热点应力方法来确定评估处应力传递函数,分别计算各个短期海况损伤度并通过线性叠加来计算总的损伤度以及剩余疲劳寿命。根据疲劳评估结果,更加高效地实施船体结构的检测及维修。