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。     

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。     

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.     

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。     

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.

     

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.     

FLNG热应力分析及其对结构强度的影响

大型天然气储备装置FLNG采用薄膜型液货舱储存天然气,由于天然气低至–163℃,与外界温度形成高达200多度的温度差,因此有必要考虑热应力对结构的影响。本文以工程实际为研究背景,采用有限元方法计算了FLNG三舱段模型在绝缘层完整和破损下的热应力。同时结合服役环境,对大型FLNG在超低温作用下的安全性问题展开研究,分析超低温对FLNG结构强度的影响。所得结论对我国自主研发液化天然气储备装置具有一定的参考价值。     

海上风机支撑结构的时域和频域疲劳对比研究

对海上风机支撑结构进行动力响应分析,求出结构危险节点的载荷谱和功率谱密度函数,结合疲劳损伤模型和Dirlik概率模型,分别在时域和频域内对支撑结构进行疲劳寿命分析.由于时域法计算疲劳寿命需进行应力循环计数,这一过程需处理的数据庞大,耗时长.频域法省去应力循环计数,代之以概率密度函数,可相对准确、快速地计算结构的疲劳寿命.分析结果表明,采用Dirlik概率模型的频域分析法能较准确地反映海上风机支撑结构在随机载荷作用下的疲劳损伤情况,计算结果误差在可接受范围内.     

基于形函数插值理论预测轴力作用下T型管节点热点应力的分布规律

海洋平台中管节点的疲劳寿命由焊缝周围热点应力的分布情况决定.该文采用有限元方法分析了承受轴向力作用下T节点焊缝周围的应力分布规律.通过对140个具有不同几何形状的T节点模型的有限元分析结果.提出了一种基于形函数插值理论的方法预测T节点焊缝周围的应力分布,并且通过比较插值法得到的结果和有限元结果进行比较,验证了这种方法的准确性.     

高层悬挂结构分析方法的研究

高层悬挂结构具有建筑布置灵活,易于创造大空间,可减少占地面积,提供城市通道,减少基础造价等特点,但实际应用中并没有发挥出优势,除缺乏实践经验外,缺乏坚实的分析理论和方法是主要因素之一。本文讨论了悬挂结构的分析方法,为高层悬挂结构的理论研究和设计提供借鉴。     

Probabilistic fatigue analysis of marine structures using the univariate dimension-reduction method

Probabilistic fatigue analysis of offshore structures requires the numerical simulation of a huge number of loading cases to compute the long-term multi-dimensional integral associated to the fatigue damage assessment. This paper proposes the implementation of the univariate dimension-reduction method developed by Rahman and Xu [1] in order to compute the long-term fatigue damage more efficiently. This method is particularly attractive because it reduces significantly the number of simulations by decomposing the N-dimensional integral associated to expected long-term fatigue damage assessment into the sum of N one-dimensional integrals. In addition, this paper compares the univariate-dimension reduction method with the brute force direct integration methodology and other methods based on Taylor expansions, such as perturbation approach and asymptotic expansion method discussed by Low and Cheung [2]. Two comprehensive examples are included to show the effectiveness of the method. At first, the performance of the univariate dimension-reduction method is evaluated by assessing the fatigue damage of a theoretical structure represented by a single stress response amplitude operator (RAO). Then, in order to show a case of practical application, the fatigue damage is evaluated for a Steel Lazy Wave Riser (SLWR) connected to an FPSO in a water depth of 2200 m.