基于热点应力法的船舶结构疲劳分析系统开发

船体结构的热点应力疲劳分析过程比较复杂,按照CCS《船体结构疲劳强度评估指南》实施起来比较困难。因此采用MSC.Patran二次开发语言PCL进行编程,开发船体结构热点应力疲劳分析系统,实现了扣除腐蚀余量、荷载计算、施加疲劳荷载、提取结果及分析的自动化,大大提高了船体结构热点应力疲劳分析的效率。     

管节点热点应力参数化分析方法

针对管节点有限元分析中,热点应力插值参考点没有节点结果的问题,对管节点热点应力计算方法进行研究。在管节点相交区域建立相贯线的参数方程,并通过曲线积分与数值计算的方法得到相贯线外延线的方程。通过外延线离散的关键点建立面的方式,对网格节点的大小与位置进行控制。并编写管节点热点应力计算程序,以T型及KT型管节点为例,比较数值计算与规范公式得到的热点应力的差异。结果表明,利用本文提出的方法,划分的网格可以容易且准确的提取参考点的应力结果,并且可以编写在APDL程序中,实现建模到结果分析的自动化处理,不仅提高疲劳校核效率,同时提高计算结果的精度。     

船体焊接结构疲劳问题的热点应力研究

选取FPSO某一局部结构采用有限元数值计算确定热点应力，由此推导结构的疲劳寿命，将计算结果和全尺度疲劳试验结果进行对比，二者符合较好。     

基于热点应力法U型激光焊接夹层板疲劳寿命分析

U型激光焊接夹层板作为新型船用结构,准确预报其疲劳寿命对于工程应用有着重要的现实意义。本文依据传统焊接结构热点应力外推方法,给出了适合激光焊接夹层板结构的热点应力外推公式,计算了不同外推公式下结构的疲劳寿命,并与已有的试验结果进行对比,最后研究了不同单元层数和焊缝宽度对结构疲劳寿命的影响。结果表明:采用本文的外推公式、外推区域面板厚度方向划分3层单元时,计算结果与试验值较为吻合,验证了热点应力法求解激光焊接夹层板疲劳寿命的有效性;并且结构的疲劳寿命随着焊缝宽度的增加显著提高。     

基于JTP规范大型油船疲劳热点寿命评估

基于S-N曲线法和Miner疲劳累积损伤度原理,根据国际船级社协会制订的油轮结构共同规范(JTP),采用热点应力法对某一巴拿马型成品油轮疲劳热点位置处(内底与底边舱斜板的焊接折角)的疲劳应力进行了计算,并根据JTP规范对该热点位置的疲劳寿命进行了评估。     

Novel hot spot stress calculations for welded joints using 3D solid finite elements

This paper presents a novel numerical method through which less mesh-sensitive local stress calculations can be achieved based on the 3D solid finite element, adhering strictly to the original definition of hot spot stress. The traction stress, which is defined at 0.5t and 1.5t away from the weld toe, was calculated using either a force equivalent or work equivalent approach, both of which are based on the internal nodal forces on the imaginary cut planes. To confirm the validity of the proposed method, 5 typical welded joints widely used in ships and offshore structures were analyzed using 5 different solid element types and 4 different mesh sizes. Finally, the methodology was applied to the more complicated pontoon-column connection part of a semi-submersible RIG under a realistic wave load, and the performance of the proposed method was compared with the traditionally used surface stress extrapolation method.     

Study on hot spot stress distribution of three-planar tubular Y-joints subjected to in-plane bending moment

The three-planar tubular Y-joint (3Y-joint) is the main part of the fatigue assessment of tripod substructures of offshore wind turbines (OWTs). As typical multiplanar tubular joints, 3Y-joints are affected a lot by multiplanar interaction between braces. Moreover, the locations of hot spot stress (HSS) can vary considerably under different load types. Thus, the distributions of stress concentration factor (SCF) and multiplanar interaction factor (MIF) along weld toe curves are necessary to calculate HSS. Considering these requirements, this study focuses on the 3Y-joint considering the wide application of the tripod substructure of OWT. A finite element (FE) analysis method is introduced and validated. Then, a numerical database is established covering common ranges of parameters used in practice. The SCF and MIF of 3Y-joint under in-plane bending moment are analyzed. Distribution formulas are proposed and proved suitable for calculating HSS in engineering design.     

一种三体船结构疲劳分析的简化方法

三体船连接桥部位应力集中严重,疲劳强度问题突出。针对三体船结构疲劳强度问题,从工况确定、载荷计算、累计损伤推导等方面进行研究,提出一种适用于三体船结构疲劳分析的简化方法,并以某三体船为例进行算例分析。算例分析结果表明该方法具有很好的适用性。文中所得结论对三体船的研发设计具有参考意义。     

存在奇异点的结构疲劳评估简单方法

由于船舶结构整体几何形状具有内在的应力奇异性,其有限元分析结果的评估并不明确。通过对一个简单平面直角十字形拐角结构上的奇异性和裂纹尖端的奇异性进行分析,提出简化后的经验法则及一个直接的计算方法,用于计算裂纹的应力强度因子和基于S-N曲线疲劳分析中的应力集中系数。同时对结构中奇异点处应力场性质提出认识,对其有限元分析方法中网格的划分提供基础。     

基于盲孔法的水下承压结构残余应力测试研究

对盲孔法测残余应力中的等轴三角应变花应变释放系数进行有限元标定和塑性修正,得到了塑性修正后的应变释放系数;采用盲孔法对高强度钢水下承压结构典型部位的焊接残余应力进行测量,根据测试得到各测点的释放应变值,结合修正后的应变释放系数计算得到了水下承压结构典型测点的残余应力值。结果表明,水下承压结构焊缝附近纵向残余应力可达0.5倍屈服极限,周向残余应力可达0.4倍屈服极限。     

基于疲劳强度的舰船甲板支撑结构设计方法

舰船甲板支撑结构在受到高强度的海水和载重的压力作用时,容易产生断裂,为了提高舰船甲板支撑结构的抗压强度,提出一种基于疲劳强度优化的舰船甲板支撑结构设计方法。构建舰船甲板支撑结构的疲劳应力分布和屈服响应模型,采用有限元分析方法进行舰船甲板支撑结构的断裂行为评估和抗压能力预测,构建舰船甲板的机械荷载力学方程,通过对方程的优化求解得到满足最大疲劳强度和承载能力的应力系数,以此指导舰船甲板支撑结构设计。仿真测试结果表明,采用该方法进行舰船甲板支撑结构设计能提高支撑结构的载荷,疲劳应力强度得到提升。     

确定船体结构疲劳寿命分布的Bayes方法

文中给出了由小样本试验数据确定确体结构疲劳寿命分布的Bayes方法,采用二级模糊综合评判获得先验概率,通过似然函数反映样本信息,利用Bayes定理综合先验信息与样本信息得到后验概率。将统计推断建立在后验概率的基础上,弥补了传统方法在统计推断上的缺陷。     

潜艇锥柱结合过渡结构的有限元应力分析

针对潜艇耐压结构的锥柱结合形式,采用大型有限元软件ANSYS建模进行计算.首先简化实艇的几何参数,然后加载进行计算;计算结果与迁移矩阵法计算结果以及实艇泵水试验所得数据进行对比,其结果均令人满意.     

Study on the preciseness of hot spot stress of web-stiffened cruciform welded joints derived from shell finite element analyses

A new simple and accurate shell FE-based structural Hot Spot Stress (HSS) determination method for web-stiffened cruciform joints has been proposed. Local stress of welded joints in full-scale bulk carrier (BC)’s lower stool models subject to bending and pressure loadings are examined. HSSs determined by the proposed method are compared with those derived by Lotsberg’s method and the conventional 0.5t-1.5t extrapolation. As results, following are found:

(1)

The local stress of full-scale BC lower stool models with various stool angle and plate thickness can be calculated accurately solely from shell FE results by means of the proposed method.

(2)

HSSs of welded joints in full-scale BC lower stool models subject to bending and pressure loadings derived by the proposed method show good agreement with the target HSSs determined from fine solid models. This demonstrates the validity of the proposed method for actual ship structures under the real load.

(3)

The excessive safety allowance of HSS determined by the conventional 0.5t-1.5t extrapolation can be reduced substantially by adopting Lotsberg’s method or our proposal. The proposed HSS determination method gives more accurate estimates compared to Lotsberg’s method under the conditions chosen, and the application range of the proposed method is equal to or wider than Lotsberg’s method.

     

单点系泊系统将军柱疲劳分析

渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成,其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一,其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷,作用在结构上会产生疲劳损伤,因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法,通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型,根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力;基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论,通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤;评估结构的疲劳强度,分析易发生疲劳的关键节点位置,并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法,为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。     

船体结构应力监测系统的滤波器设计

  目的  为了去除船体结构应力监测数据中的噪声信号,获得有效的数据信息,以便为后续数据挖掘提供支撑,  方法  首先,采用HHT方法中的经验模态分解（EMD）算法对数据进行成分分析,得到固有模态函数（IMF）和余项。然后,通过Hilbert变换得到Hilbert谱,证明应力监测数据的非平稳特性。最后,以信噪比（SNR）和均方根误差（RMSE）为例,结合自适应去噪和小波阈值去噪两种方法对应力监测数据进行去噪效果比较。  结果  结果表明,基于HHT方法的自适应去噪和小波去噪都具有一定的去噪效果,但两种去噪方法中,自适应去噪方法的SNR更高,RMSE更小,自适应去噪方法性能最佳。  结论  研究证明自适应去噪方法能更有效地针对应力监测数据进行去噪处理。     

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。     

卡箍式快开对接法兰结构分析

卡箍密封结构广泛应用于快开门盖结构,利用GB150 - 98及ASME规范中对筒体端部、卡箍等相关规定进行卡箍密封结构校核计算,指出了规范计算的优缺点,并利用有限元进行接触分析和疲劳分析,得出此类结构的应力分布规律和疲劳寿命,为此类结构的设计及强度分析提出建议.