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。     

大开口深拖母船全船强度有限元分析

某深拖母船为实现作业功能,在船舯位置设有上下贯通的大开口结构,该结构特性会严重削弱目标船的总纵强度和弯扭强度,因此在针对该开口区域进行详细设计后,还有必要采用全船结构有限元分析方法来评估结构强度和变形水平。通过设计波法得到波浪载荷,计算全船在各种工况下结构的应力、变形结果,总结出该船型的受力特点,并结合全船结构强度直接计算结果,选取的典型节点进行疲劳强度评估,得到各个典型节点的疲劳寿命。计算结果对目标船的结构优化具有参考意义。     

T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算方法

T型接头是船舶与海洋结构物的典型结构形式之一,其焊趾处常常是疲劳热点区域。T型接头焊趾表面裂纹的应力强度因子是船舶与海洋结构的、基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础。本文对T型接头表面裂纹应力强度因子的计算方法,尤其是Bow ness等人提出的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的计算公式进行了分析,在此基础上导出了形式简单,物理意义明确的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算公式,并和相关的应力强度因子的计算结果进行了比较,证明了本文简化方法的可行性。     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。     

打磨处理改善焊缝疲劳性能的试验研究

由于高强度钢的使用，船舶结构许用应力水平的提高，船舶结构的疲劳强度越来越受到关注。船舶结构的疲劳寿命取决于其焊接结构的疲劳寿命。因此，了解焊缝几何参数对焊件疲劳强度的影响以及采用经济实用的方法改善船舶结构的疲劳性能是十分重要的。本文首先对焊缝几何参数对焊件疲劳寿命的影响进行了分析，在此基础上用ABS钢和945钢两种钢板做试件，分别进行了简单拉伸实验及打磨和未打磨条件下对接接头的疲劳试验。试验结果表明焊件的疲劳寿命可以通过打磨焊缝得到改善；尤其对于高强度钢焊件。试验还说明手工打磨焊缝和机械磨削焊缝对焊件疲劳强度的改善效果差别很大，疲劳寿命的分散性也很大。因此，应当对改善焊件疲劳寿命的工艺进行更详细的研究。     

双体船大开口角隅节点疲劳强度优化方法研究

与同样吨位的单体船相比,双体船具有更大的甲板面积、更大的舱容。在双体船大开口角隅位置,由于应力集中,更容易引起疲劳损伤的迅速积累。因此,在结构设计中,角隅位置的疲劳强度一直是工程界关心的部分。本文使用谱分析方法研究双体船角隅节点的疲劳强度。在疲劳校核基础上对角隅位置进行优化设计,研究增加板厚和增设肘板对角隅处疲劳强度的影响。在此基础上分析不同优化方法的适用性,为船舶设计与安全性能提供适当的建议。     

T型焊接接头疲劳性能研究

T型焊接接头在船舶与海洋工程结构中广泛应用,研究T型焊接接头的疲劳性能对于提高船舶与海洋工程结构的强度具有重要意义.针对工程中常用的四种焊趾形式的T型焊接接头,利用有限元计算和模型试验两种方法对其疲劳性能进行了研究.结果表明,平面型焊趾是较优的T型接头焊趾形式.     

Fatigue strength improvement for ship structures by Ultrasonic Peening

Ultrasonic Peening has attracted recent attention as a fatigue strength improvement method. The main features of Ultrasonic Peening are generation of compressive residual stress and smoothing of weld toe radius. However, for ship structures, various loads act on the hull structure over a ship??s life, including the construction period, and the compressive stress field of structural members generated by Ultrasonic Peening may change. In order to verify the technique's benefits to ship structures, the influence of load history on the improvement effects on fatigue strength by Ultrasonic Peening needs to be clarified. In this paper, the improvement effects on fatigue strength by Ultrasonic Peening for welding joints were confirmed by experiments with several joint type specimens. In addition, fatigue tests modeling launching, when the stress conditions of a ship's structure changes significantly, were carried out in order to clarify the influence of load history in a ship??s life. Consequently, some cases that have the possibility of decreasing or increasing the improvement effects on fatigue strength by Ultrasonic Peening were clarified, and some efficient methods of Ultrasonic Peening for ship structures were suggested.     

弹振对超大型集装箱船疲劳强度的影响

超大型集装箱船在波浪激励下产生的弹振响应使得其疲劳强度问题十分突出。基于三维水弹性理论,结合有限元分析方法计算分析目标船典型节点的应力响应特性。采用双峰谱密度函数的疲劳损伤谱分析理论评估目标船的疲劳强度,通过与刚体理论下的计算结果相对比来分析弹振对目标船的影响。研究结果表明,相比于刚体理论计算结果,考虑弹振效应时目标船的疲劳寿命会极大地降低,甚至可达50%以上。     

等效热点应力法结合临界面法评估焊接接头多轴疲劳强度研究

基于焊缝本身引起的非线性分布应力自平衡的性质,在板厚方向应力峰值零点位置定义等效热点应力,结合基于临界面法的MWCM法建立评估复杂焊接接头多轴疲劳强度的方法。采用数值计算分析零点位置的变化规律,建立零点位置拟合方程。利用公开发表的试验数据以及现有的热点应力法有限元计算结果对等效热点应力法进行精度验证。结果表明,等效热点应力法和现有的热点应力法具有很好的一致性,能在一定程度上考虑厚度效应对疲劳强度的影响,可以评估多轴疲劳强度。     

Stress analysis of a transversely loaded aluminum weldment

The analysis of welded structural details is an important component in determining life cycle estimates. As part of a project to develop guidelines for reducing cracks in aluminum ship structures, the authors performed experiments showing that the stress levels developed strongly depend on the welded connection details. To properly quantify the effects of connection details, a stress analysis of the detail is required. This investigation summarizes the analysis of a common structural detail, one that results in a transversely loaded weldment.This paper is motivated by two sets of experimental test results. The first is the stress concentration observed at the intersection of the longitudinal and transverse members in a 1.5-m×3-m aluminum bottom panel tested under uniform pressure loading. The second is the reduction in fatigue life due to weld geometry variations between manually welded and machine-welded aluminum specimens. In order to clarify these two observations, the authors completed a detailed finite element analysis of a welded aluminum T-stiffener. The results show a significant stress concentration in the weld toe area. This stress concentration is shown to be strongly dependent on the weld toe geometry.     

Comparison of different structural stress approaches for fatigue assessment of welded ship structures

The structural stress approach, which considers the stress increase due to the structural configuration, allows the fatigue strength assessment of welded ship structures with various geometries on the basis of an S–N curve depending only on the type of weld. However, a unique definition and the numerical calculation of the structural stresses are problematic, which has resulted in the development of different variants of the approach. These are discussed and compared with each other in the present paper. The application to three examples shows the variation and differences in the analysed stresses and predicted fatigue lives, which are compared with those derived from fatigue tests.     

船舶舷侧细节结构的热点应力计算中的不确定性因素研究

疲劳是船舶结构一种重要的失效模式。在过去的十多年间，涌现出了一些不同的疲劳强度的评估方法，其中S－N曲线法在船级社中得到了广泛的应用。但是，仅就S－N曲线法中的热点应力法而言，不同的组织和个人所预报的疲劳寿命通常也存在很大差异，而计算所得的热点应力集中系数的不同是产生这些差异的一个重要影响因素。本文运用有限元比较研究的方法，对某船舶舷侧细节结构的热点应力计算中可能存在的不确定因素进行了综合分析。通过采用不同的单元类型，不同的建模方法以及不同的有限元软件ABAQUS和ANSYS，得出了相关结论，为正确计算此类船舶结构细节的热点应力提供了指导。     

轴力作用下T节点焊缝周围的平均应力分布

平均应力模型法是评价海洋平台中管节点疲劳寿命的一种方法,这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值和焊缝周围的应力分布确定的。管节点焊缝周围应力分布通过一个平均应力分布参数AVS描述。本文研究了轴力作用下T节点的AVS大小,通过对127个不同几何参数的T节点模型的计算,调查了几何参数对AVS的影响,提出了用于计算AVS的参数方程,从而完善了传统的平均应力模型,为轴力作用下T节点的疲劳寿命计算提供了一种快速而高效的方法。     

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.     

轴力作用下X型焊接管节点热点应力的分布规律

海洋平台中的焊接管节点的疲劳寿命是由热点应力的大小和分布决定。热点应力的大小决定了管节点在疲劳失效前所能承受的循环荷载的次数,而热点应力的位置则决定了疲劳裂纹的萌生位置和扩展方式。文中采用有限元方法分析了承受轴向拉力作用的X型焊接管节点在焊缝周围的热点应力的分布情况,通过对112个X节点进行的模型分析,研究了节点几何参数对热点应力大小和分布规律的影响。     

船舶纵向构件疲劳评估的热点应力方法

在中国船级社《船体结构疲劳强度指南》(2001版)提出的用名义应力计算船体结构疲劳强度的基础上,提出了一套对船体纵向构件用热点应力方法进行评估的方法,给出了热点应力的计算有限元模型、计算方法和对应的SN曲线选取的要求。     

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。     

船体总段对接焊缝结构疲劳寿命分析评估

船体的分段模块化建造模式正逐渐成为现代造船的主流模式.为充分发挥这一造船模式的效率和优势,分段合拢中的对接形式也从以往的"阶梯式"开始往"一刀齐"方式转变.本文根据中国船级社的船体结构疲劳强度指南,基于热点应力S-N曲线法的疲劳累积损伤理论,对某舰船的总段对接焊缝进行了疲劳强度和疲劳寿命的计算分析.结果表明,该舰船在总段合拢中采用纵骨与板同一截面的对接形式,其结构的疲劳性能与传统的纵骨与板交错布置的对接形式相当.本文结论为在区域造船总段合拢中推广纵骨与板同一截面工艺提供了参考依据.     

对接接头焊趾应力集中有限元分析

研究焊缝几何参数对应力集中的影响,对于提高焊接结构疲劳强度有重要的意义.本文采用有限元方法,计算了双侧对称加强高和单侧加强高的对接接头焊趾处的应力集中系数,分析了几个主要参数,包括焊趾倾角、焊趾过渡圆弧半径和板厚对于应力集中系数的影响,研究了焊趾处应力集中沿板厚方向的变化情况,在分析大量计算结果的基础上给出了估算两种形式的对接接头应力集中系数的经验公式.结果表明,减小焊趾倾角,增大过渡圆弧半径,可以减缓焊趾处截面形状的变化,改善焊趾处的应力集中;板厚的增加使得应力集中系数增大.并且单侧加强高的对接接头应力集中系数小于双侧对称加强高对接接头的,其减小幅度只与θ有关.