船体直翼桨区域结构疲劳时域分析

针对船体直翼桨区域的结构疲劳问题,基于应力叠加原理,探讨激振载荷和波浪载荷联合作用下的结构响应时域计算流程。在此基础上,提出了该区域的结构疲劳时域分析方法。通过对某船进行疲劳损伤计算,分析了激振载荷和波浪载荷对疲劳寿命的影响。结果表明,2种载荷对直翼桨区域结构疲劳损伤占比较大,其中在靠近船体中线面附近,波浪载荷对结构疲劳影响占主导地位,而主机诱导的激振载荷在基座盘面附近影响突出,达到疲劳总损伤值的50%,共振疲劳问题不容忽视。本文研究可以为船体直翼桨区域结构的疲劳设计提供参考。     

江、海波浪联合作用下的江海直达船疲劳性能研究

[目的]疲劳损伤是船舶工程中常见的结构损伤形式之一。江海直达船的结构要求比海船低、比江船高,还要求承受在江、海水域航行时不同波浪载荷的作用,其环境载荷复杂,结构疲劳问题有待深入研究。[方方法]在某江海直达集装箱船的基础上,结合谱分析法,以若干个舱口角隅点作为研究对象,进行江海直达船的结构疲劳性能研究;参考中国沿海长期波浪载荷数据,计算不同校核点处的疲劳损伤规律,研究疲劳损伤关于各短期海况的分布差异。[结果]分析结果表明,海域疲劳损伤主要由有义波高为2.5~5 m和跨零周期为6~8 s的波浪所贡献。[结论]考虑了江、海波浪联合作用后,目标船舶的结构疲劳寿命显著增加,而对江海直达船进行结构疲劳研究时,仅考虑海上波浪环境是不精确的。研究结果可为今后江海直达船的结构疲劳设计提供依据。     

腐蚀影响下深海平台系泊锚链疲劳损伤评估

由于海洋环境的强腐蚀性,海洋工程结构腐蚀成为其疲劳损伤评估的重要影响因素。结构疲劳与腐蚀耦合作用机理复杂,往往需要借助试验和实测数据进行研究,但这些方法周期长、成本高且干扰因素众多,实现难度大。该文用锚链直径损失表征其逐年腐蚀效应,基于时域疲劳计算方法和常用腐蚀模型,探讨了腐蚀要素对某半潜式平台系泊锚链疲劳损伤的影响规律,可为实际工程设计提供理论指导和参考依据。     

深潜器多球交接耐压壳室温蠕变-疲劳特性研究

为了揭示钛合金深潜器多球交接耐压壳在实际作业过程中的蠕变-疲劳特性，通过定义的比例因子建立考虑蠕变损伤演化速率拉压不对称时的室温蠕变-疲劳损伤模型，通过对ABAQUS软件进行二次开发，基于蠕变-疲劳损伤模型和自动周期跳跃算法，建立了适用于深潜器多球交接耐压壳结构的蠕变-疲劳损伤数值模拟方法。数值分析结果显示，多球交接耐压壳结构的热点位置在承受拉伸载荷时，蠕变损伤对结构的蠕变-疲劳寿命影响显著，而承受压缩载荷时几乎不产生蠕变损伤；当作业水深增加时，蠕变-疲劳裂纹萌生寿命的减少速度明显高于疲劳裂纹萌生寿命的减少速度；当处于相同水深时，保载时间增加会使结构的蠕变-疲劳裂纹萌生寿命减少，但耐压壳的实际可作业时间大幅提升。研究结果可为多球交接耐压壳蠕变-疲劳强度的计算提供参考。     

公路钢桥疲劳积伤理论及其程序实现

近年来公路钢桥被广泛使用,钢桥疲劳问题也得到业界重视。由于国内钢桥疲劳计算规范陈旧,在没有相关试验条件下,钢桥疲劳设计计算往往直接套用国外规范。由于交通荷载的差异性,直接套用国外规范说服力相对不足。本文首先根据使用Monte Carlo方法生成随机交通荷载,然后在疲劳损伤细节应力影响面上加载随机交通荷载得到疲劳损伤细节应力幅值,最后按照不同疲劳损伤理论分别编写了疲劳细节损伤计算程序并应用于港珠澳大桥正交异性钢桥面板横隔板U形开槽的疲劳计算,得出在120年设计寿命期内结构抗疲劳性能满足要求的结论。     

西非海域外输系统中输油管的疲劳分析

外输系统在深水油田开发中得到了广泛应用,而其中输油管的疲劳问题是外输系统设计分析的关键。针对西非深水海域外输系统中的输油管展开疲劳特性分析,基于典型西非海况下外输系统整体时域耦合分析结果,对输油管时域应力曲线采用雨流计数法进行分析,然后根据合适的S-N曲线和Miner线性准则对输油管进行疲劳损伤计算。分析内容包括西非海域不同的环境条件对输油管疲劳的作用,穿梭油轮系泊情况下输油管的疲劳特性并考虑了横向升力对于输油管疲劳损伤的影响等。通过分析得出与输油管疲劳特性相关的环境参数及造成输油管疲劳损伤的主要因素,为输油管的设计与分析提供参照。     

腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究现状与展望

对考虑腐蚀、疲劳损伤影响下船体结构可靠性分析层面的研究现状进行梳理和概述。通过综述发现:近年来,船体结构可靠性分析的对象已由拟建船体向现役船体结构方向扩展,且研究重心开始由腐蚀、疲劳损伤单一影响下的可靠性分析向两者交互作用影响下的可靠性分析方向发展。未来开展腐蚀、疲劳损伤下船体结构可靠性研究工作的重点将主要体现在以下4个方面:1)点蚀损伤船体结构破坏机理及对应的评估方法研究;2)腐蚀、疲劳损伤交互作用下的船体结构破坏机理研究;3)基于有限的实船损伤勘验数据,开展合理、可行的可靠性评估方法研究,进行船体结构全寿命周期内综合损伤下的可靠性分析;4)建立不同服役环境、服役期限的实船腐蚀、疲劳损伤数据库。     

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。     

交通荷载作用下脱空刚性路面的疲劳损伤机理

开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响。结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅越来越小,路面结构的荷载应力也逐渐减小;随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系。     

船用LNG储罐的疲劳强度分析研究

LNG储罐受到惯性力载荷的作用,其结构强度需要进行评估,但由于其几何形状及边界条件复杂,一直缺乏相应的评估体系。提出LNG储罐疲劳分析的一般方法,以某LNG储罐为例,进行了疲劳损伤的计算及校核分析,对单元选择、模型简化、约束定义、载荷施加等给出了指导性意见,并探讨了储罐的布置方向对疲劳损伤计算的影响,研究结果表明,储罐沿船舶纵向布置时对结构设计的要求较高,应尽量选择横向布置方式。     

船体结构疲劳载荷计算中几个重要参数的探讨(英文)

基于线性累积损伤原理的船体结构疲劳强度评估方法已经在各种民船结构的设计规范中得到了广泛的应用,但其中疲劳载荷的计算方法和主要参数差别较大,导致结构疲劳寿命的评估结果具有一定的分散性。文中利用长期疲劳应力范围的Weibull分布和S-N曲线方法给出的结构疲劳寿命谱分析计算公式,通过理论分析和数值计算,分析了对结构疲劳损伤贡献率最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,以及S-N曲线反斜率对该超越概率水平的影响。研究了不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的影响,讨论了疲劳寿命对超越概率水平、形状参数和S-N曲线反斜率的敏感性。文中给出的一些结论对国际船级社协会正在进行的共同油船和散货船结构规范协调性研究具有参考价值。     

碳纤维布在高桩码头加固中的应用

早期建设的高桩码头结构由于腐蚀、老化、过载、疲劳等原因导致损伤,影响码头的使用功能,针对这一问题进行了码头构件的加固研究。结合高桩码头加固实例,采用现场试验及数值模拟方法,通过加固前后混凝土构件挠度及应力变化,分析了粘贴碳纤维布对损伤构件的加固效果。结果表明,粘贴碳纤维布可有效降低混凝土构件的挠度及应力,对损伤构件有良好的加固效果。     

典型加筋板拉伸疲劳试验方法

加筋板是船体结构的主要组成部分,针对船用加筋板试件在疲劳试验过程中连接段先于考核段破坏的技术问题,文章开展了加筋板拉伸疲劳试验技术研究,提出了加筋板拉伸疲劳试件设计方法。在此基础上,依据疲劳累积损伤理论,结合声发射动态裂纹检测技术,建立了基于声发射技术的疲劳累积损伤试验方法。通过加筋板拉伸疲劳试验验证了该方法的可行性和适用性,实现了疲劳试验的考核目标,可为以后类似结构疲劳试验提供方法参考。     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤参数分析

针对钢悬链式立管的结构特性,采用了简化后的振动模型。先对立管进行了模态分析;再根据立管的模态特性结合环境水流参数,采用模态叠加法对立管进行了涡激振动疲劳损伤分析。分析过程中,通过改变流速大小、立管壁厚、立管外径、内部介质以及抑制立管涡激振动的螺旋列板长度等参数,对立管的涡激振动疲劳损伤进行了相应的参数分析。结果表明:立管疲劳损伤随水流速度的增大、立管外径的增大以及内部介质密度的降低呈现上升趋势,但是壁厚变化对立管疲劳损伤大小影响却不显著。     

大型船舶结构的疲劳强度校核方法

传统的船舶结构疲劳强度校核一般只考虑高周疲劳而忽略了低周疲劳。随着船舶结构向大型化发展以及最近海损事故的发生,低周疲劳问题引起了船舶行业的广泛关注。Urm等人于2004年对装卸载引起的油轮船体结构的低周疲劳问题进行了研究,并给出了计算方法,但具体的计算结果没有给出,许多问题没有解决,因此有必要对船舶结构低周疲劳的原因及校核方法进行深入的研究。针对这一问题,首先分析了引起船舶结构低周疲劳的原因;其次,对现有的S-N曲线外推得到低寿命区S-N曲线的可行性进行了分析,并将外推得到的低寿命区段曲线和经过试验验证的低周疲劳寿命曲线进行了比较;最后分析了波浪载荷等引起的小幅疲劳载荷以及满载和压载引起的大幅疲劳载荷导致的疲劳损伤的相互作用,从而提出了一种非线性累积计算模型。     

液化天然气B型独立液货舱结构低周疲劳研究

基于某B型独立液货舱为研究对象,开展液化天然气(LNG)船码头装卸货工况下的结构应力和温度场热应力分析,重点针对液货舱水平强框处连接节点计算其因装卸货受力和温度变化所引起的疲劳累积损伤。研究结果表明,部分研究疲劳节点由装卸货产生的低周疲劳损伤在整个结构疲劳累积损伤中的占比较大,对结构疲劳损伤起主导作用,需要在液货舱疲劳强度分析中予以重点关注。因此,对此类B型独立液货舱进行结构设计必须考虑低周疲劳的影响。     

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。     

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。     

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.     

典型加筋板拉伸疲劳试验方法（英文）

加筋板是船体结构的主要组成部分,针对船用加筋板试件在疲劳试验过程中连接段先于考核段破坏的技术问题,文章开展了加筋板拉伸疲劳试验技术研究,提出了加筋板拉伸疲劳试件设计方法。在此基础上,依据疲劳累积损伤理论,结合声发射动态裂纹检测技术,建立了基于声发射技术的疲劳累积损伤试验方法。通过加筋板拉伸疲劳试验验证了该方法的可行性和适用性,实现了疲劳试验的考核目标,可为以后类似结构疲劳试验提供方法参考。