低周疲劳对FPSO结构疲劳寿命的影响

基于挪威船级社《Fatigue Assessment of Ship Structures》(2010),考虑由装载与卸载而引起的低周疲劳,对FPSO船体易发生疲劳破坏的部位进行疲劳寿命评估。采用简化分析法计算由波浪弯矩产生的全局应力与内外水压力产生的局部应力,以及在装卸载过程中产生的应力范围,然后通过S-N曲线计算结构的疲劳寿命。结果表明,不同校核部位的低周疲劳对其疲劳寿命的影响不同,而且这种影响与低周疲劳的次数有关,最后分析产生这些结果的原因。     

Study of fatigue crack nucleation processes by crystalline FE analysis

 In order to accumulate knowledge about how material compositions and manufacturing methods affect fatigue strength, this paper investigates the relationship between the swiftness of the changes in the macroscopic indices of the crack initiation process and the hardening properties of a material. This is done by calculating the cyclic deformation behavior of a f.c.c. single crystal. The relationship between the swiftness of the changes and the crystal geometries is also examined by calculating the deformation behavior of a f.c.c. crystal with a high Schmid factor buried in a large crystal with a low Schmid factor. In addition, a multiscale hardening rule based on forest theory is developed in order to examine the microscopic mechanisms of fatigue slip band (persistent slip bands, PSBs) formation. The validity of the theories presented is examined by comparing the changing nature of the measured and calculated hysteresis loop shapes of f.c.c. single crystals. Inhomogenous slip deformation through the crystal is also investigated, and inferences are then drawn about the microscopic mechanisms of cyclic hardening and PSB formation. Received: August 5, 2002 / Accepted: December 18, 2002 Address correspondence to: N. Osawa (osawa@naoe.eng.osaka-u.ac.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Nav Archit Jpn 1998;184:351–363, 1999;185:283–292 and 186:535–544, 2001;190:539–551)     

TLP平台垂荡运动对立管疲劳寿命的影响

针对海洋平台与立管接头的非线性特征,就TLP平台的一阶与二阶垂荡运动及其对立管上端点耦合产生位移,在考虑平均应力影响的基础上,基于DNV,ABS与UK等船级社规范提供的S-N曲线,讨论立管的疲劳问题.采用Goodman模型与Gerber模型进行有效循环应力分析与对比.从4种非线性接头对于立管上端点的动应力影响来看,接头节点的非线性特征,对立管应力影响较大.考虑平均应力影响,从2个模型(Goodman和Gerber)的比较来看,Goodman模型考虑平均应力影响相对保守;从平台的一阶、二阶垂荡对立管上端点的影响来看,一阶垂荡过程中,最大应力点在触地点,二阶垂荡最大应力点为立管上端点;从疲劳损失程度来看,二阶垂荡运动对疲劳寿命影响较大;从3个船级社的S-N曲线来看,DNV的S-N曲线偏于保守,ABS的其次,UK的S-N曲线得出的疲劳寿命最长.     

基于残余应力释放的FPSO典型焊接接头的疲劳强度修正公式

由于浮式生产储油卸油船(FPSO)等船舶结构在服役前常常经历过较大的静载荷,这个预载荷常常会使焊接接头处较高的残余应力产生释放,同时船舶结构还承受着不断变化的波浪载荷,所以在估算FPSO等船舶结构典型焊接接头的疲劳强度时,需考虑残余应力释放的影响.该文通过有限元方法分析了在任意变幅循环载荷下,疲劳热点处的残余应力释放的规律,归纳出残余应力释放的大小与初始残余应力和外载荷之间的关系公式.然后,利用此公式对改进的疲劳估算公式进行修正,并且利用修正后的公式估算不同预载荷下典型焊接接头的疲劳强度,结果与试验结果棚符合.利用修正的改进公式可以更合理地对典型焊接接头在任意变幅循环载荷下的疲劳强度进行设计,同时也合理地解释了疲劳试验中以往不能被理解的结果.     

基于谱分析法的FPSO剩余疲劳寿命研究

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。多年来,船舶结构的疲劳断裂问题一直是造船界广泛关注的问题[1]。对于由大型油船改装而成的FPSO而言,预测并延长其服役寿命是很关键的。本文通过谱分析法对船体疲劳损伤度进行计算,分别对油船和FPSO阶段进行计算从而得到FPSO剩余疲劳寿命。通过建立3D有限元模型,采用热点应力方法来确定评估处应力传递函数,分别计算各个短期海况损伤度并通过线性叠加来计算总的损伤度以及剩余疲劳寿命。根据疲劳评估结果,更加高效地实施船体结构的检测及维修。     

大型集装箱船舱口盖疲劳寿命研究

提出大型集装箱船舱口盖的疲劳问题,基于S-N曲线提出分析方法,对某8530TEU集装箱船上的典型舱口盖结构进行疲劳寿命分析,并将计算结果与船级社规范推荐方法计算的结果相比较,得到有益结论.     

单点系泊FPSO系泊缆疲劳寿命研究

采用准动态方法对单点系泊FPSO进行系泊分析,并采用T-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤理论以及雨流计数方法对系泊系统进行疲劳分析,研究每一根系泊缆不同位置处的疲劳寿命,研究发现每一根系泊缆触地点位置的疲劳寿命最短。     

响应面法模拟轴肩和搅拌针形状对铝合金搅拌摩擦的影响(英文)

The present paper discusses the modeling of tool geometry effects on the friction stir aluminum welds using response surface methodology. The friction stir welding tools were designed with different shoulder and tool probe geometries based on a design matrix. The matrix for the tool designing was made for three types of tools, based on three types of probes, with three levels each for defining the shoulder surface type and probe profile geometries. Then, the effects of tool shoulder and probe geometries on friction stirred aluminum welds were experimentally investigated with respect to weld strength, weld cross section area, grain size of weld and grain size of thermo-mechanically affected zone. These effects were modeled using multiple and response surface regression analysis. The response surface regression modeling were found to be appropriate for defining the friction stir weldment characteristics.     

焊接残余应力对疲劳寿命影响的定量研究

在以往的研究中,残余应力对疲劳寿命的影响基本上均局限于定性分析,很少给出定量的研究结果。文章基于双参数统一方法,开展了锥柱结合壳处的残余应力对疲劳寿命的定量计算分析,给出了残余应力对疲劳寿命影响范围,并通过试样疲劳试验进行了验证。通过研究,可以看出残余应力没有改变裂纹的扩展趋势,但明显加快了裂纹扩展的过程,明显降低了耐压结构的疲劳寿命。     

钢管桁架结构在系缆力作用下的疲劳寿命分析

外海开敞大型原油码头系缆墩采用全钢钢管桁架结构时,利用计算系缆力研究其疲劳寿命,往往使计算疲劳寿命偏短,与实际情况偏离较大。目前对实测系缆力的分析研究较少,无规律可循。对日照港岚山港区30万吨级原油码头扩建工程的实测系缆力数据进行分析研究,找出系缆力的分布规律,并根据系缆力的概率分布分析系缆墩管节点的疲劳损伤。分析结果表明：结构疲劳损伤最大的为中层管节点,系缆力对系缆墩疲劳损伤影响较小,仅为10-4数量级。     

新型钛合金材料疲劳寿命试验及预报方法研究

为保障我国深海载人潜水器耐压壳结构安全性,本文针对耐压壳用新型钛合金的疲劳特性开展了不同应力水平下疲劳裂纹扩展门槛值试验以及疲劳寿命试验研究;获得了新型钛合金材料在载荷比R=0.1下的门槛值以及不同应力水平下该材料的疲劳寿命值;并基于断裂力学方法,对新型钛合金材料疲劳裂纹扩展行为进行了预报研究,将预报结果与相应试验结果进行了对比,从而验证预报方法的可行性和可靠性.     

IMO对GBS的审议进展

文中介绍了国际海事组织对基于目标的船舶建造标准（GBS）的审议背景和讨论进程,探讨了GBS60审核问题、船舶建造档案以及GHS与FsA的关系等热点问题,并对其发展趋势作出了展望。     

金属基复合材料热机械疲劳寿命影响参数研究

基于细观损伤机理,通过对金属基复合材料在热/机械循环载荷下疲劳破坏的数值模拟,研究了六种参数对疲劳寿命的影响.结果表明:(1)疲劳寿命随着试样尺寸的增大而缩短,但达到临界尺寸,即纤维规模超过25根或者长度超过30倍纤维直径后,疲劳寿命将不受尺寸变化的影响;(2)纤维体积含量影响了材料抗疲劳破坏的能力,疲劳寿命随着纤维体积百分含量的提高而延长;(3)疲劳寿命依赖于纤维强度Weibull分布中形状参数的变化,疲劳寿命随着形状参数的增大而延长;(4)疲劳寿命随着疲劳延性系数的增大而延长,但随着疲劳延性指数绝对值的增大而缩短.     

基于临界面理论的焊接结构多轴疲劳寿命评估方法

目前多轴疲劳理论难以用于实际工程中焊接结构的疲劳寿命评估.文章将等效热点应力法与双参数临界面理论相结合,提出了一种能够应用于复杂焊接结构的多轴疲劳寿命评估方法.分别阐述了双参数临界面法的损伤参数、控制方程以及等效热点应力的定义,给出了焊接结构多轴疲劳寿命的评估过程,并应用有限元数值模拟验证了该方法的可行性.     

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。     

V型无压载水船舱口角隅疲劳寿命计算新方法

提出一种计算V型无压载水船这种特殊船型结构疲劳寿命的新方法,该方法不受船型、航区航线及分析部位的限制,具有通用性。通过结合综合海洋决策支持系统(Integrated marine decision support system)提供的海浪数据,采用Matlab编程,得到只属于所计算船的特定的散布图和营运特性表。然后,通过SESAM软件计算在该营运特性表下的载荷,采用ABAQUS建模计算热点应力。最后,计算结构的疲劳寿命。结果表明,经过舱口优化后,无压载水船舱口角隅的疲劳寿命要高于母型船。     

初始尺寸对超声疲劳试样的影响及铝合金6063疲劳试验验证

狗骨形试样具有中间等截面段试验有效区。采用悬链线代替圆弧线的轮廓方程,获得了狗骨形试样的解析计算方法。分析结果表明,试样初始尺寸在一定范围内取值时轮廓方程代替所引起的误差控制在3%以内。可通过增大变截面段长度或粗、细端的半径比来缩短试样长度,但增大变截面长度会降低试样位移应力系数。尽管狗骨形试样的位移应力系数不如沙漏形试样,但狗骨形比沙漏形更节省试验材料,而且其位移应力系数也足够满足试验要求。铝合金6063的超声疲劳试验表明,狗骨形试样的设计等式是可行的。铝合金6063的S-N曲线呈现持续下降的趋势,其疲劳裂纹扩展以剪切方式进行,并且呈现裂纹表面萌生机制。疲劳源区与裂纹扩展区之间存在明显的台阶。     

超声冲击处理对S32101双相不锈钢焊缝残余应力及组织的影响

对S32101双相不锈钢焊后进行超声冲击处理,观察超声冲击处理前后母材及焊缝的组织形貌,采用XRD应力测试仪分析超声冲击处理前后焊缝及其附近的残余应力分布,并利用硬度计对焊缝截面进行硬度测试.结果表明,超声冲击处理后母材和焊缝都发生了塑性变形,母材中的铁素体组织被细化,奥氏体被拉长、破碎;焊缝表面的组织产生塑性变形,魏氏体状奥氏体和晶内奥氏体被细化,且被细化的晶粒均匀分布在焊缝表层,超声冲击处理强度为10 s/cm~2时效果最佳,可将600 MPa的拉应力转化为600 MPa的压应力.超声冲击处理过后表层的硬度分布更加均匀且硬度值提高了50～90 HV.     

Effect of fatigue strain range on properties of high-strength structural steel

Ship hulls are built with stiffened steel plates and experience continuous fatigue load cycles when in service. Mechanical properties of the steel are expected to change due to the application of these cyclic loads. Therefore, the mechanical properties of the material at various levels of fatigue damage need to be understood. This paper presents two test series that were conducted to determine the effect of two different strain ranges (2000 and 3000 micro strains) of fatigue cycles on the mechanical properties of high-strength structural steel. The test results indicate that the cycle-dependent behaviours of the material can cause a slight increase or a significant decrease in the yield strength when compared to its virgin state. However, the ductility of the steel does not change much as the strain cycle increases.     

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。