高速双体船舶舾装件抗风结构疲劳损伤分析

常规疲劳损伤分析方法,判定不同线型构件对风载荷的影响时,构件尺度参数计算值存在偏差,导致获取响应应力值偏差较大。针对这一问题,提出高速双体船舶舾装件抗风结构疲劳损伤分析方法。建立舾装件抗风结构有限元模型,加载风载荷到结构模型,计算船体形状修正系数,修正抗风结构尺度参数,反映舾装件线型对载荷的影响,得到不同疲劳工况下,载荷承受体的响应应力变化规律,累积应力损伤,确定船舶航行周期内的疲劳损伤。设置3组疲劳工况,进行对比实验。结果表明,设计方法相比常规方法,应力值误差分别减小0.21%,0.15%,0.11%,提高了响应应力值的获取准确度,更有助于疲劳工况下应力损伤的判定。     

基于雨流修正的船舶宽带疲劳强度分析

船舶结构的交变应力过程呈现宽带谱特点,基于窄带近似的疲劳累积损伤计算结果偏于保守。本文采用频域谱分析直接计算方法,对基于"雨流修正"的宽带高斯应力过程疲劳损伤计算方法进行研究,并通过算例分析给出不同修正方法的船体结构疲劳损伤分析结果。将不同修正方法所得结果与雨流计数方法结果进行比较分析,结果表明Wirsching-Light方法与雨流计数方法结果较为接近。     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

船体结构在非线性波浪载荷作用下疲劳累积损伤计算

本文通过对非线性波浪弯矩循环所产生应力的雨流计数、独立性检验、线性回归显著性检验、方差齐性（Ｂａｒｔｌｅｔｔ）检验以及分布拟合和分布拟合检验,表明应力范围和平均应力相互不独立,且线性相关。应力范围的边缘分布可认为是Ｗｅｉｂｕｌｌ分布,平均应力在应力范围为一定值时的条件概率分布为正态分布,且其方差是齐性的。然后利用Ｇｏｏｄｍａｎ修正公式,引入影响船舶结构疲劳损伤计算的平均应力影响因子及其近似计算公式。     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。     

焊接残余应力对船舶减振支架振动疲劳寿命影响分析

船舶减振支架是一种具有优良减振性能的隔振装置,使用弹性体将柴油机和齿轮箱等会发生振动行为的设备固定在减振支架上,能够有效防止设备在使用过程中因振动而对船体造成损伤。由于振动疲劳的影响,极易导致船舶减振支架结构在工作过程中突然发生疲劳断裂事故。本文首先对船舶减振支架进行有限元模态和频率响应分析,得到结构应力较大部位。然后,基于功率谱密度(PSD)法和Miner线性累积损伤理论对支架结构未考虑残余应力的振动疲劳寿命进行分析,得到结构易发生振动疲劳破坏的关键部位。最后,根据试验测得的焊接残余应力对S-N曲线进行修正,得到考虑不同焊接残余应力影响的减振支架振动疲劳寿命。研究结果表明:焊接残余应力对支架结构振动疲劳寿命的影响较大,应尽量降低或消除支架结构关键部位的有害焊接残余应力。     

基于FEM-BEM法考虑弹振效应的超大型船舶结构疲劳损伤分析

为了研究超大型船舶波激振动响应及其对结构疲劳损伤的影响,提出综合有限元-边界元(FEM-BEM)法和考虑船体弹振效应的谱分析法对超大型船舶结构疲劳损伤进行分析。首先,基于三维有限元模态分析法获取各阶振动的位移及应力振型和主质量等,作为三维频域水弹性理论预报的输入参数;然后,将水弹性理论预报所得的主坐标与三维有限元分析所得的应力振型结合并叠加,得到结构应力响应函数;最后,基于谱分析法,计算波浪载荷与弹振载荷对结构疲劳累积损伤的贡献度。研究表明,与传统梁理论和准静态有限元法相比,论文提出的方法可更合理地计算大型船舶的高频弹振响应及其对结构疲劳损伤的影响。     

含损伤结构静力和动力特性的有限元分析

由于海洋特殊环境的影响,船舶与海洋结构物容易受到腐蚀和疲劳等影响,造成结构的局部刚度弱化损伤,本文探讨了船舶常用加筋板结构在不同刚度弱化情况下结构的静力和动力特性变化,并推导了加筋板结构在正交各向异性损伤情况下的有限元列式.对于正交各向异性损伤,采用Kachanov理论,引人了x和y两个方向的损伤系数,并将损伤而形成的各向异性材料的各力学参数通过损伤系数与各向同性材料各参数相关联.本文将损伤参数分为损伤位置、损伤程度和损伤面积三个方面,并分别分析了它们对结构应力、结构固有频率和模态形状的影响.结果表明损伤位置对结构模态和结构应力的分布影响显著,在损伤区域和损伤程度均较小的情况下,距离损伤区域较远部位的应力分布和振型状态均无明显变化.本文建立的方法可以应用到船舶与海洋结构受损强度分析中.     

随机波浪载荷作用下导管架平台动力响应及疲劳可靠性分析

主要针对波浪载荷作用下导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性进行研究.采用Airy线性波浪理论,将导管架结构离散成空间梁有限单元结构;在此基础上采用结构模态分析方法,编程计算了平台结构在随机波浪载荷作用下的位移、速度、加速度和应力随机响应及其概率统计量.导管架结构疲劳可靠性分析建立在频域响应的基础上,假设结构响应的应力范围服从Rayleigh分布,利用结构应力传递函数得到结构应力响应谱,然后利用Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳寿命的概率分布函数,并考虑结构疲劳强度影响系数的随机性,求得结构在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠性指标.文中所建立方法可用于导管架式平台结构的疲劳安全评估.     

国内外规范中S-N曲线对比分析

各国船级社规范中通常采用S-N曲线法对船舶和海洋结构物的疲劳寿命进行计算,不同S-N曲线计算得出的疲劳寿命也有所差异。通过对比国内外船级社和焊接协会的S-N曲线,系统分析了S-N曲线的表达形式、参数、存活率、板厚修正方法及平均应力修正方法等方面的内容,对比了相同焊接型式在S-N曲线选择和疲劳寿命计算上的差异,可以看出不同规范计算所得的疲劳寿命差异较大。通过对相关规范中S-N曲线的共性规律和差异性的对比分析,以期为船舶结构疲劳强度计算提供参考依据。     

非线性波浪载荷作用下的船体结构疲劳损伤

近年来,在非线性波浪载荷（含砰击响应）作用下的船体结构疲劳损伤,已成为船舶力学研究和结构设计界颇为关注的一个前沿论题。本文以具有大外飘船舶为背景,采用谱分析法首先在短期预报范围内分析非线性波浪弯矩、非线笥合成弯矩（含砰击振动弯矩）对船体结构疲劳损伤的影响;然后,在设定的船舶长期使用环境中,用不同的载荷理论估计和分析结构的疲劳损伤;同时计算分析了平均应力、二种计数法、不同长期疲劳损伤分析方法、二种Ｓ     

考虑塑性损伤的船体裂纹板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破坏耦合作用的结果,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结果.基于弹塑性断裂力学理论,文章提出了考虑累积塑性损伤的低周疲劳裂纹扩展速率预测模型.通过低周疲劳裂纹扩展试验拟合出模型相关材料参数并验证预测模型的合理性.通过系列有限元计算对平均应力及应力幅值的影响因素进行了数值分析.该模型的计算结果与已有实验结果基本吻合;对合理预估船体裂纹板的常幅低周疲劳裂纹扩展寿命有重要意义.     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

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.     

船体直翼桨区域结构疲劳时域分析

针对船体直翼桨区域的结构疲劳问题,基于应力叠加原理,探讨激振载荷和波浪载荷联合作用下的结构响应时域计算流程.在此基础上,提出了该区域的结构疲劳时域分析方法.通过对某船进行疲劳损伤计算,分析了激振载荷和波浪载荷对疲劳寿命的影响.结果表明,2种载荷对直翼桨区域结构疲劳损伤占比较大,其中在靠近船体中线面附近,波浪载荷对结构疲...     

破冰船结构冰致疲劳计算方法

针对破冰船冰致疲劳强度的问题,提出一种基于长时历计算的船冰碰撞模拟方法,通过船冰碰撞有限元模拟筛选出疲劳热点,运用雨流计数法对各个疲劳热点的应力时历曲线进行统计,得出应力循环下的均值和范围,进行平均应力修正,结合Miner线性累积损伤理论给出在设计寿命周期内的总损伤.结果表明:采用周期性介质分析方法计算到600s时破冰船应力时历统计特性已经稳定,且满足Weibull分布;船冰碰撞所造成的高应力结构多发生在船体外板区域,进行破冰船疲劳强度校核时应该多着重考虑船体结构与海冰发生碰撞的外板区域.     

变幅载荷作用下焊接接头疲劳寿命预测方法

船舶与海洋结构物在其服役过程中受到波浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤.检测结果表明船舶及海洋结构的疲劳热点部位大多数是在构件相互连接的焊缝焊趾处.因此,研究典型接头表面裂纹应力强度因子统一计算方法以及变幅载荷作用下表面裂纹扩展规律对船舶与海洋结构物的寿命预测是十分重要的.本文讨论了裂纹闭合及开口比的计算,在Newman有效应力强度因子计算方法的基础上,提出了考虑因素更全面的有效应力强度因子幅计算式以及变幅载荷作用下船舶与海洋结构物典型焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测模型.     

基于雨流计数法及Corten-Dolan准则的轴承疲劳寿命预测

船舶轴承是船舶推进系统中的重要支撑部件,其稳定可靠的工作状态是推进轴系健康服役的重要保障。由于轴承的破坏形式主要为材料疲劳磨损引发的故障失效,故开展船舶轴承的疲劳磨损状态研究就显得尤为重要。本文针对轴承结构疲劳损伤问题,通过MATLAB软件实现雨流计数法原理的计算机语言编写,研究了四点雨流计数法对船舶轴承危险节点的动态应力分析应用,并提取出对应的循环应力载荷谱。考虑平均应力的影响,运用Gerber曲线对统计得到的循环载荷进行等寿命转化。最终利用轴承材料S-N曲线,结合Corten Dolan准则进行疲劳寿命预测计算,得出船舶轴承在相应外部循环载荷作用下的最终寿命。为轴承的设计和优化提供了理论参考依据,对船舶轴系运行管理具有重要的现实意义。     

随机海况下的船体结构疲劳裂纹扩展

传统的疲劳问题一般都是采用S—N曲线及Miner累计损伤理论进行的,文章在基于断裂力学的基础上,通过权函数法来计算应力沿裂纹面的非线性效应力强度因子,鉴于船舶在海洋环境中受到载荷的随机性,充分考虑加载次序、过载峰和应力比等对裂纹扩展的影响,给出了船舶结构疲劳裂纹在随机载荷下的扩展寿命的计算过程。     

内河双壳船极限强度分析

对内河双壳船达到极限状态时剖面上的应力分布情况进行假设,采用直接法对极限强度计算的公式进行推导,并对一条内河双壳实船在完整和破损状态的结构极限承载力进行计算与比较.结果表明,所假设的应力分布对这一类型船舶的极限强度的计算结果具有较高的精度,可以用来估算此系列船舶在完整和破损状态下的极限强度.