基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）的深潜器载人舱疲劳可靠性分析

疲劳是承受循环载荷的金属结构最重要的失效机制,现已有多种金属疲劳寿命预报方法。实际的设计、制造、加工和操作等工序环节中总是存在不确定性,这些不确定性的影响将在结构的疲劳寿命中富集,为此发展了疲劳可靠性分析。该文讨论了将疲劳可靠性分析方法和统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）相结合的可行性,为海洋结构物的安全使用提供参考。文中的极限状态方程是基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）得到的,并讨论了其中各参数对疲劳寿命的影响;针对一组TC4-ELI的疲劳裂纹扩展数据,分别采用Monte-Carlo法和JC法开展了疲劳可靠性分析,两种分析方法得到的结果彼此符合得较好。     

Approximate method to determine the model parameters in a new crack growth rate model

Marine structures are subjected to complex loading histories and one of the most significant failure modes is fatigue. Accurate prediction of the fatigue life of marine structures is very important for both safe and economic design and operation. Now many researchers and engineers have realized that fatigue crack propagation theory can provide more rational basis to predict the fatigue life of metal structures. At the same time, more and more fatigue crack growth models are proposed along with a good understanding of metal fatigue mechanisms. However, it is difficult to determine a large number of model parameters, which restricts their use in practical engineering problems. Therefore, it is significant to study the approximate methods for estimating the model parameters in good fatigue crack growth models.In our previous work, an extended McEvily model for fatigue crack growth analysis of metal structures was proposed. This model shows promising capability to explain various fatigue phenomena. In order for the convenient use in estimating fatigue life of marine structures, the concepts and approximations of the model parameters are comprehensively studied in this paper. Based on that, more reasonable assumptions and empirical formulas to determine the parameters are recommended. The approximate method is validated by experimental results of several types of materials, which could be successfully used in simple and effective engineering analysis for marine structures.     

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。     

金属疲劳裂纹扩展率曲线与S-N曲线之间的关系

目前有两种不同的理论用于预报金属结构的疲劳寿命。一种是基于S－N曲线的累积疲劳损伤理论，另一种是基于裂纹扩展率曲线的疲劳裂纹扩展理论，如果都把一个构件的最终断裂作为疲劳破坏的定义，则S－N曲线和裂纹扩展率曲线均是反映金属在疲劳载荷作用下的基本材料特性。尽管在过去这两种曲线是分别测试的，但它们之间应该存在一些相互关系。本文的主要目的就是讨论它们之间的关系。基于S－N曲线的一个一般表达式和裂纹扩展率曲线的一个有代表性的表达式，本文建立了两种曲线之间的一个正式关系，这表明只需要测试一种曲线，而另一种曲线就可以根据已有的试验结果导出。文章以一个中央裂纹平板作为例子，演示了如何根据一种曲线推导另一种曲线。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。     

A unified fatigue life prediction method for marine structures

Marine structures such as ships and offshore platforms are mostly designed with damage tolerance and this design philosophy requires accurate prediction of fatigue crack propagation process. Now more and more people have realized that only a fatigue life prediction method based on fatigue crack propagation (FCP) theory has the potential to satisfy the accuracy requirement and to explain various fatigue phenomena observed. In the past several years, the authors’ group has made some efforts in developing a unified fatigue life prediction (UFLP) method for marine structures. The key issue for this development is to establish a “correct” crack growth rate relation. In this paper the improvement of the crack growth rate model is dealt with first. A new crack growth rate model based on the concept of partial crack closure is presented. The capability of the model is demonstrated. Secondly, studies on the engineering approaches to determine the parameters in the new crack growth rate model are carried out and validated by comparing with the experimental results on a wide range of alloys. Thirdly, the preliminary studies on some significant problems such as load sequence effect are presented. Finally, further studies for the application of the UFLP method to the fatigue strength assessment of marine structures are pointed out.     

考虑载荷流泄时初始裂纹对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响

在船舶和海洋工程结构中,裂纹扩大时的载荷流泄现象已被大尺度疲劳试验中裂纹扩展速度减慢所证实。影响疲劳裂纹扩展的因素具有随机性质,因而研究载荷流泄对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响是有意义的。本文用Paris公式,结合改进的第二水准法,计算了一个实例,给出了考虑和不考虑载荷流泄疲劳可靠性分析的两种结果。结果的区别表明,如果要期望得到更合理的结果,则在船舶和海洋工程结构的疲劳分析中必须计及载荷流泄。     

Study on the application of spectral fatigue analysis

1Introduction Fatiguefailurehaslongbeenanimportantissuefor shipsandoffshorestructures.Toensuresufficientfa tiguestrengthduringtheservicelife,afatiguestrength assessmentneedstobedoneatthedesignstage.Gen erally,methodsforassessingfatiguestrengthcanbe classi…     

半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别.同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据.经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理.     

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。     

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。     

大型绞吸式挖泥船定位钢桩插销孔应力及疲劳分析

对定位桩插销孔处的结构进行研究,分析插销孔的应力及疲劳问题。首先分析插销孔处易发生断裂的定位钢桩的结构形式,对销孔处的结构提出2种改进方案;然后,对2种改进的插销孔进行强度计算,根据计算结果并结合实际生产确定出较好的结构形式;最后,对改进后的销孔进行疲劳分析,得到其疲劳寿命,并指出最易发生疲劳失效的部位。     

大型船舶钨极氩弧重熔工艺应用

疲劳破坏是船体结构的主要破坏形式之一。改进结构节点的设计和施工工艺,可保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。钨极氩弧(Tungsten Inert Gas, TIG)重熔是改善结构节点焊后疲劳强度的有效方法。与目前船上常用的几种改善疲劳强度的方法进行分析对比,对TIG重熔工艺的重要性进行充分论证,获得实施TIG重熔工艺的技术标准和操作要点。TIG重熔工艺不仅改善结构节点疲劳强度,而且为建造具有较长疲劳寿命的大型船舶找到一个行之有效的方法,可产生良好的经济和社会效益。     

复杂载荷作用下潜艇结构疲劳裂纹扩展预报方法

统一疲劳裂纹扩展模型是课题组在McEvily模型基础上提出来的,它将疲劳裂纹扩展的3个扩展区域统一起来,并能解释更多的疲劳试验现象.本文介绍了统一疲劳裂纹扩展模型的基本表达式.将此模型与焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨复杂载荷作用下潜艇结构疲劳裂纹扩展预报方法.将服从Weibull分布的随机载荷系列编排为升序、降序载荷谱及随机载荷谱,预报潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处表面裂纹在3种载荷谱下的疲劳裂纹扩展情况,并分析随机载荷谱下载荷次序效应及初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,载荷次序效应对潜艇结构疲劳寿命的影响很明显,且合理的确定初始裂纹尺寸对潜艇结构的疲劳寿命预报是非常重要的.     

基于共同规范的散货船疲劳分析

疲劳是船体损坏的主要因素之一,在设计建造阶段提高结构物疲劳寿命具有重要意义。结合船舶在建造和营运中的经验与反馈,以船级社共同规范为指导,对散货船船体结构的疲劳分析进行了探讨。分析了二维情况下的纵骨疲劳,同时利用三维有限元方法对船体主要支撑构件的疲劳强度进行了分析和总结,对影响疲劳强度的一些关键因素进行了讨论。     

海洋结构物疲劳裂纹扩展寿命的一种工程预报方法

海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文章从裂纹扩展法则、应力强度因子求解、疲劳载荷谱模拟上对裂纹扩展理论的工程应用进行研究,试图找出准确、合理且相对简单的方法。结合裂纹扩展的单一曲线模型、基于有限元子模型技术的应力强度因子求法以及基于谱分析的疲劳载荷谱产生方法,对某半潜式钻井平台典型焊接节点进行基于裂纹扩展疲劳寿命预报,并讨论了初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。结果表明,该半潜平台焊接结构符合设计寿命的要求,初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响很大,可为海洋结构物基于裂纹扩展的疲劳寿命预报提供参考。     

Remaining fatigue life assessment of corroded mooring chains using crack growth modelling

Failures caused by the combined actions of fatigue, corrosion and wear are important safety concerns for mooring chains used on floating structures in the oil and gas industry. Prediction of remaining corrosion fatigue life based on surface condition could therefore be a useful tool for the continued safe operation of corroded chains. This paper investigates the use of crack growth modelling for estimating the remaining corrosion fatigue life of mooring chains that exhibit significant pitting corrosion damage. A crack growth modelling approach is used to produce remaining fatigue life estimates for a selection of severely pitted mooring chains. Using fatigue crack growth rate test results for grade R4 high strength mooring chain steel, empirical crack growth laws are presented for free corrosion and cathodic protection conditions at load ratio R = 0.1. Two different methods for establishing equivalent cracks from surface scans of corrosion damage are presented. The mooring chains are proof loaded as part of their manufacturing process. Residual stresses introduced during this process have therefore been determined by finite element analysis and accounted for in the fatigue crack growth predictions. One of the equivalent crack models, accounting for the single dominant corrosion pit, provided quite accurate fatigue life predictions when compared with full scale test results.     

防风网结构设计研究综述

防风网在我国港口工程中的应用刚刚起步,其设计经验缺乏,计算方法不成熟。根据国内外应用与研究防风网的现状,系统介绍防风网设计的基本概念,并提出防风网结构设计需研究解决的几个问题,即防风网结构优化设计、防风网结构动力特性与风振响应、防风网结构风振疲劳损伤和防风网结构风振控制等。     

随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展

船舶等许多工程结构在服役过程中的受载荷历程是一个随机过程.而变幅载荷下的载荷相互作用对疲劳裂纹扩展寿命将产生显著的影响.因此研究随机载荷作用下的裂纹扩展及定量计算对船舶结构的疲劳寿命预测的可靠性是十分重要的.该文提出了一个基于有效应力强度因子,以应力比和裂纹尖端塑性区尺寸为主要参数的随机载荷作用下疲劳寿命预测模型.该模型用于预测几种载荷谱作用下的裂纹扩展试验,结果表明预测结构和实验结果符合得很好.     

基于ANSYS/FE-SAFE的造船门式起重机疲劳仿真分析

使用有限元分析软件ANSYS对300 t造船门式起重机金属结构建模并进行静力学分析,在此基础上利用FE-SAFE软件对其典型工况进行疲劳仿真分析,再利用ANSYS后处理模块获得金属结构的疲劳寿命云图,从而确定起重机结构各局部的疲劳寿命,为改进造船门式起重机结构、提高疲劳寿命提供理论基础.