基于断裂力学的破冰船结构疲劳损伤评估方法

在极地恶劣的低温环境及冰载荷冲击下,破冰船结构的表面裂纹呈现出不同于常规水面船舶的疲劳裂纹扩展特性。以“雪龙2”号破冰船首部结构为例,基于断裂力学方法开展破冰船结构节点处的疲劳裂纹扩展研究。首先基于焊接节点处应力强度因子的理论解,对表面裂纹扩展方法进行验证;然后通过整体-局部耦合分析方法提取典型疲劳节点处的结构子模型。基于低温下材料的Paris参数和结构裂纹扩展模拟方法进行裂纹扩展分析。还讨论了初始裂纹尺寸和低温下材料的Paris参数对结构裂纹扩展的影响。结果表明,破冰船典型结构节点处的裂纹扩展对初始裂纹尺寸和温度较为敏感。     

基于损伤力学-有限元法的大跨度钢桥梁构件疲劳损伤累积分析

采用损伤力学-有限元全耦合方法分析桥梁焊接构件内的疲劳损伤累积过程,具有明确的物理意义.首先介绍了耦合疲劳损伤分析的基本方法,建立了全耦合疲劳损伤分析的有限元方法过程,并将分析方法和过程嵌入大型通用有限元软件ABAQUS的用户接口里,便于对实际工程结构疲劳损伤累积过程进行分析.采用全耦合疲劳损伤分析方法,对青马大桥关键焊接构件进行疲劳损伤累积分析,结果表明:关键焊接构件疲劳损伤的累积过程具有局部性;疲劳损伤场与应力场之间存在着相互作用;广泛采用的线性米勒准则用于疲劳寿命评估是偏于安全的.这种偏于安全的误差,用于结构的疲劳设计是合适的,但对于在役结构疲劳损伤累积的准确砰估却是不利的.该方法为桥梁结构基于有限元热点应力分析和损伤力学理论进行局部疲劳损伤累积的准确评估提供了可行的方法和理论基础.     

基于雨流计数法的船体结构疲劳损伤评估方法研究

针对船舶在运营期间船体结构易受到疲劳等损伤,介绍一种改进型三峰谷值雨流计数法,在此基础上对船体结构疲劳损伤评估方法进行探讨,以期为船舶船体结构应力监测系统的构建提供理论支撑,进而为船舶提供早期危险报警和损伤评估,保证船体结构的安全性.通过算例分析验证了该雨流计数法的准确性以及高效性.     

结构构件疲劳损伤累积的可靠性分析

在目前在船舶与海洋工程结构疲劳可靠性分析中所采用的Ｗｉｒｓｃｈｉｎｇ模型进行了较系统的分析，指出了该模型待改进的主要问题。然后，基于二维概率ＭＩＮＥＲ准则，建立了在变幅载荷谱或随机时间历程载荷谱给定的条件下，对结构构件的疲劳损伤累积进行可靠性分析的新模型。     

考虑腐蚀磨损的锚链疲劳损伤评估方法

由于风浪流联合作用和海洋平台的周期性往复运动,系泊锚链受到交变循环载荷作用易发生疲劳破坏,同时系泊锚链遭受严重的腐蚀和链间磨损作用,其强度逐渐减弱,因此提出一种系泊锚链全生命期考虑腐蚀和磨损的疲劳损伤评估方法.首先,根据实际海况完成系泊锚链全生命期的损伤演变计算;然后,使用各损伤模型采用热点应力法计算得到热点处应力集中系数;最后,根据张力时程曲线和链间转角时程曲线,采用雨流计数法完成疲劳损伤评估.计算结果表明,腐蚀和磨损导致锚链疲劳损伤程度逐渐加剧.提出的评估方法具有优良的实用价值和工程意义.     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

船舶结构的疲劳校核

本文总结了ＤＮＶ（挪威船级社）最近发布的船舶结构疲劳校核指南中的步骤和建议。这个步骤也包含在ＤＮＶ计算程度包ＮａｕｔｉｃｕｓＨｕｌｌ中。     

波致立管疲劳损伤计算方法研究

针对波浪作用下平台运动引起的立管疲劳损伤,进行完整的频域计算方法研究。首先采用势流理论对平台的运动响应进行分析,求得平台的运动频响函数;接着采用有限元法对立管的应力响应进行分析,求得立管的应力频响函数;最后,结合立管材料的S-N曲线,采用谱分析方法对四种不同海况下波致立管振动引起的疲劳损伤进行分析,获得损伤沿立管轴线方向的分布曲线。研究结果表明：波致立管振动疲劳损伤与有义波高密切相关,疲劳损伤值随着波高的增加成指数次方增长;立管的最大疲劳损伤值通常出现在立管的边界区域。     

一种基于冰载荷引起的船体结构疲劳损伤分析方法

目前对基于冰载荷引起的船体结构强度问题已经发展的较为成熟,但是基于冰载荷引起的结构疲劳强度的研究比较少。针对该问题,如果有一种简化方法来指导早期的结构设计,对船舶设计者来说是很有现实意义的。本文对英国劳氏船级社发布的ShipRight FDA ICE_^[1]作概括性的介绍,旨在向读者介绍这一简单而高效的评估方法以及技术背景和注意要点等。最后文章根据这一方法给出数条油船和LNG船的算例,并验证通过该方法改善疲劳节点的可行性。     

基于ANSYS和Certon-Dolan理论分析估计疲劳寿命的方法

依据累积疲劳损伤法-迈纳（Miner）法和应力寿命曲线（S-N）推导变幅多级载荷下等效应力及强度判据公式；结合ANSYS有限元分析软件和柯顿-多兰（Certon-Dolan）理论，通过APDL（Ansys Parameter Design Language）参数化建模，分析出不同载荷下应力集中的部位，将有限元网格划分的危险部位节点单元的应力值取出，代入理论公式估算疲劳寿命，具体分析多级载荷加载次序对疲劳寿命的影响，比较Miner方法和Certon-Dolan方法优劣，并提供设计参考数据和理论判据。     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

以“南海胜利”FPSO原作业区的第三次延寿项目为研究对象，对纵骨与横舱壁、横向强框的连接节点，舱内桁材大肘板趾端节点，模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点，以及与内转塔装置连接处的结构节点，分别采用了简化疲劳方法、热点应力法及谱疲劳分析法，对不同部位节点进行疲劳评估，并针对疲劳高危节点，通过合理的结构形式改造，进行结构的疲劳寿命改善设计。本文旨在探索疲劳评估方法与寿命改善设计在FPSO延寿改造中的应用。     

基于Miner累计损伤理论的海洋石油平台系泊链疲劳强度分析

探讨了深海石油钻井平台的R5级系泊链疲劳强度预测方法。建立三维模型并利用ANSYS软件通过有限元分析计算结构静强度,根据行业规范和企业规范提供的S—N曲线,以及Miner线性疲劳累积损伤准则计算出系泊链的疲劳寿命。     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

为探索疲劳评估方法和疲劳寿命改善设计在浮式生产储油卸油装置(FPSO)延寿改造中的应用,以"南海胜利"号FPSO原作业区的第3次延寿项目为研究对象,分别采用简化疲劳方法、热点应力法和谱疲劳分析法对船体纵骨与横舱壁和横向强框架的连接节点、舱内桁材大肘板趾端节点、模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点和单点系泊系统与船体连接处的关键节点进行疲劳评估。针对疲劳高危节点,通过合理的结构形式改造,进行结构的疲劳寿命改善设计。     

实用船舶结构疲劳评估方法概要

船舶结构的疲劳评估是船舶力学的主要研究领域之一。本文对常用的船舶结构疲劳评估方法——船级社提出的简化方法、谱分析法、设计波法、断裂力学方法,以及概率S-N曲线和概率断裂力学方法进行了概述。首先分别对每种方法中的关键技术细节进行了较为详细的论述,给出了这些技术细节当前的处理方法及存在的主要问题。最后,对各方法进行了总结和概括,指出了每种方法的优缺点,并给出了每种方法未来的研究重点和发展方向。     

刚性水下跨接管设计中的疲劳损伤评估

疲劳分析作为深水跨接管设计中的一项重要内容,需要对各因素引起的疲劳损伤进行数值计算或合理预测,以验证其能否满足设计寿命的要求。本文总结了引起跨接管发生疲劳的几项主要原因与抑制或减缓损伤手段,分别对涡激振动与热循环两项对疲劳损伤率影响显著的诱发原因提出数值分析的方法。对分析中一些假设原则与简化方法做了具体描述。最后通过典型算例对分析、简化流程进行介绍。该项跨接管疲劳损伤的研究为工程设计提供了指导和参考,在我国发展中的水下系统产品领域具有实际应用价值。     

双壳油船热点疲劳评估方法的研究

时至今日,船体结构的有限元直接计算在船舶设计和审核中已经成为不可或缺的手段,本文结合实船算例,在《双壳油船共同规范》和中国船级社的《船体结构疲劳强度指南》的基础上,通过有限元建模,分别进行了热点应力的疲劳校核,并根据两个规范所计算出来的疲劳寿命,进行相互印证,分析《双壳油船共同规范》的优劣势,得出合理的结论。     

二维疲劳裂纹扩展的有限元方法模拟研究

疲劳裂纹扩展率曲线是比S—N曲线更基本的描述金属疲劳特性的曲线。由于实验条件和经费等因素的限制，疲劳裂纹扩展的数据很难获得，因此寻找一种结合有限元方法进行疲劳实验数据模拟，然后使用计算机数学工具进行相关计算分析的方法显得比较现实和具有探索性。本文对现有的一些疲劳分析有限元软件进行了对比，最终选择在国内疲劳研究领域尚未被熟知的FRANCE2D／L软件作为工具，获得二维疲劳裂纹扩展的相关数据。     

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