船体结构钢对接接头在人造海水中的腐蚀疲劳强度

介绍了采用MAG焊接的50MPa级TMCP钢在空气和人造海水中的腐蚀疲劳强度试验，试验在应力比为0．1的等幅载荷和25℃的自然腐蚀条件下进行，空气和海水中的循环速率分别为3～12Hz和0．17Hz。通过运用直流电位差的方法来测量裂纹长度，用以估算腐蚀疲劳寿命Nc。描述了S—N曲线、微小应力集中系数和对接焊缝边缘的腐蚀现象。     

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。     

腐蚀环境对6A01-T5铝合金焊接接头疲劳性能的影响

轨道交通铝合金车体结构在运行过程中不仅承受疲劳载荷的作用,同时也受腐蚀环境的影响.本研究开展6A01-T5铝合金挤压型材焊接接头腐蚀疲劳性能测试,对比分析腐蚀环境对焊接接头疲劳性能的影响.采用MIG焊对6A01-T5铝合金型材进行对接焊接,无损检测合格后,在6A01-T5铝合金焊接试板上取疲劳试样,分别在空气环境下和3.5%氯化钠腐蚀溶液环境下开展疲劳试验,得出S-N曲线并进行断口分析.结果表明：在应力比为0.1、空气环境下6A01-T5铝合金焊接接头中值疲劳极限为91.8 MPa,而3.5%NaCl腐蚀溶液下中值疲劳极限降低为57.3 MPa,疲劳性能下降了约37.6%,腐蚀溶液使6A01-T5铝合金焊接接头在焊缝处产生腐蚀坑,在循环载荷作用下形成裂纹源,加速接头疲劳性能下降.     

海水温度对铝浸泡腐蚀的影响

描述了在世界范围内，14个不同地点的铝试样在海水浸泡条件下材料腐蚀变化的情况。通过对铝在海水中低速腐蚀情况的仔细检查，揭示了最明显的影响因素是温度和通风状况。人们认为作为美国材料试验协会(ASTM)在世界范围内资助的一系列实验的部分观测结果主要是在温度的作用下产生的。除了在大约10℃以及20～27℃范围以外，腐蚀程度一般都比较低，在大约23℃时腐蚀达到峰值。所有的试样都进行了长达5年的暴露试验。     

国产4．5Ni钢的耐海水腐蚀行为的研究

一前言 4．5Ni钢的耐海水腐蚀行为是与其所处的特定环境的化学、物理、生物等综合因素密切相关，其焊接构件将在浩瀚的海洋中航行、停靠码头。因此，海水流速、温度变化、干湿交替、海生物的不均匀附着、淤泥和海生物的随机沉积等多变的腐蚀环境，均是加速4．5Ni钢腐蚀的因素。     

拉伸载荷下加筋板裂纹扩展研究

采用预制缺口的加筋板结构试样,对921A钢加筋板结构进行拉伸疲劳载荷作用下的低周疲劳试验,采用奇异单元法计算相应试件的裂纹尖端应力强度因子,利用Paris准则得出裂纹扩展速率与应力强度因子的关系式,得到拉伸疲劳载荷作用下舰体加筋板结构破口裂纹扩展模型,用于分析和预报破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展情况和剩余疲劳寿命预报,算例验证了本试验计算方法的合理性。     

基于GM(1,N)模型的碳钢腐蚀速率预测

[目的]碳钢在海洋环境下的腐蚀速率预测非常复杂和模糊。针对碳钢腐蚀速率的灰色预测模型精度普遍不高的现状,为提高腐蚀速率预测模型的精度,[方法]通过船用碳钢腐蚀速率和海洋环境因素的灰关联分析,得到影响船用碳钢腐蚀速率的关键因素,进而建立具有较高精度的GM(1,N)腐蚀速率预测模型。[结果]实例分析表明,在青岛、厦门、舟山和榆林海域影响船用碳钢腐蚀速率的主要环境因素是海水温度、海生物附着量、pH值和海水盐度,在此基础上建立的GM(1,5)模型具有较高的精度且计算量较小。[结论]GM(1,N)模型可以有效预测碳钢等船用金属的腐蚀速率,可为船用金属腐蚀寿命的研究提供理论支撑,具有一定的参考价值。     

过载保载对金属材料疲劳裂纹扩展速率影响研究

文章基于载荷次序效应产生影响的原因和相关预报模型,提出了考虑单峰过载和保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率预报模型。在文中提出的考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的基础上,对几种金属材料在单峰过载、多峰过载、过载与保载共同作用下疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,并将预报结果与相应试验结果进行了比较,对考虑载荷次序效应的疲劳裂纹扩展速率预报模型的适用性进行了验证。     

钢筋混凝土结构锈胀开裂试验及仿真研究

以高桩码头中腐蚀开裂最具代表性的纵梁作为试验对象,采用加速腐蚀设备对试验梁进行加速腐蚀,应用CT扫描检测技术对切割后的腐蚀开裂梁进行断层扫描,得出锈蚀深度及锈蚀率与裂缝宽度之间的关系。在试验的基础上,基于扩展有限元法,分别改变保护层厚度和钢筋直径,对锈蚀深度与裂缝宽度的关系进行参数敏感性分析,从而推导出锈蚀率与裂缝宽度之间的经验公式。结果表明:保护层厚度越大,抗开裂能力越大;不同钢筋直径对应的锈蚀深度与裂缝宽度间均存在线性关系,但直线斜率并无明显变化;当裂缝宽度小于0.4 mm时,基于仿真研究得到的经验公式与试验结果吻合较好。     

海洋结构物用钛合金Ti-6AL-4V保载—疲劳试验研究

研究表明室温下疲劳峰值的保载对钛合金材料裂纹扩展速率具有明显影响,为此文章开展了室温疲劳峰值保载对潜水器用钛合金Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展影响的试验研究,并基于保载—疲劳裂纹扩展速率预报模型对该材料的保载—疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究,从而验证该模型的适用性和可靠性。研究结果表明:疲劳载荷应力峰值处引入保载时间明显加速了钛合金Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展速率;随着应力强度因子范围的增加,保载—疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹扩展速率之间的差异增加,即高应力强度因子范围下保载对裂纹扩展速率的影响加大;基于课题组提出的保载—疲劳裂纹扩展行为预报模型,对钛合金Ti-6Al-4V保载—疲劳裂纹扩展速率进行了预报,预报结果与试验结果吻合较好,从而验证了该模型的可靠性。     

破损舰体结构疲劳裂纹扩展及剩余寿命研究

采用预制缺口的907A钢平板结构试样进行拉伸疲劳载荷试验,得到了拉伸疲劳载荷作用下平板结构破口裂纹扩展规律.采用奇异单元法计算了相应试件的裂纹尖端应力强度因子,利用Paris准则得出裂纹扩展速率与应力强度因子的关系式.提出了破损舰体结构的疲劳裂纹扩展模型,用于估算破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展分析和剩余寿命预报.通过某型舰算例验证了文中试验计算方法的合理性.     

新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展特性研究

本文针对海洋结构物用的一种新型钛合金材料，开展疲劳裂纹扩展速率和复杂载荷谱下保载-疲劳裂纹扩展速率试验研究，综合探讨上峰值保载时间和下峰值保载时间对该新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展行为的影响规律；基于断裂力学理论，建立新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报模型，采用试验方法验证该模型对新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展行为的预报能力。研究结果表明：新型钛合金材料疲劳裂纹扩展行为对上、下峰值保载时间较敏感，随着上峰值和下峰值保载时间的增加，裂纹扩展速率增加，但是裂纹扩展速率增加的趋势逐渐减小，即上、下保载时间对新型钛合金材料裂纹扩展速率的影响具有一定的饱和值。提出了新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报模型，对复杂载荷谱下的保载-疲劳裂纹扩展速率进行了预报研究，预报结果与试验结果吻合较好。     

07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型

本文通过试验研究07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢水溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展特性,根据试验数据,利用神经网络,以介质浓度、载荷频率、应力比作为输入节点,裂纹扩展速率系数C作为输出节点,训练该网络预测不同条件下的裂纹扩展速率.根据由神经网络所预测的数据找出这三个影响因素在裂纹扩展速率系数C中的关系表达式,从而回归出07MnNiCrMoVDR钢在硫化氢水溶液中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率数学模型.     

钛合金疲劳裂纹扩展速率试验及预报方法

本文针对深海载人潜水器耐压壳用钛合金,开展疲劳性能试验研究,得到该类型钛合金的室温断裂韧性,载荷比R=0.1下的疲劳裂纹扩展门槛值及疲劳裂纹扩展速率,基于选用的疲劳裂纹扩展预报模型,对载荷比R=0.1下的钛合金疲劳裂纹扩展行为进行了预报研究。结果表明:在载荷比不变的前提下,应力强度因子范围是疲劳裂纹扩展速率的主要影响因素,应力强度因子范围的增加会导致疲劳裂纹扩展速率增加;考虑小裂纹效应的疲劳裂纹扩展预报模型可对钛合金的疲劳裂纹扩展行为进行准确预报。     

碎冰区航行船舶螺旋桨载荷数值模拟研究

冰区航行船舶螺旋桨会与碎冰发生碰撞,产生的冰载荷对螺旋桨的危害较大。本文模拟冰锥与刚体碰撞试验以验证计算方法的可行性,基于ALE算法的流固耦合分析方法对不同冰层厚度、密集度以及螺旋桨进速的冰桨碰撞进行研究。研究发现,冰载荷与冰厚基本呈正相关性,冰厚大于0.75 m时,冰载荷成连续分布且最大值增长迅速。冰载荷平均值与冰区密集度呈递增关系,最大值与密集度不呈递增关系,当密集度大于7/10时,冰载荷影响剧烈。螺旋桨进速越大,冰载荷越大,进速大于1.5 m/s时,冰载荷增长迅速。通过冰桨数值模拟分析,为实际船舶螺旋桨在碎冰区航行提供参考。     

焊接缺陷对铝合金板架疲劳寿命影响的试验分析

[目的]为研究焊接缺陷对铝合金板架结构疲劳寿命的影响,[方法]首先,利用X射线对2种节点形式的铝合金板架试件焊缝部位进行拍照,筛选出含与不含焊接缺陷的铝合金板架,并通过对X射线图像的分析得到铝合金焊接缺陷的主要类型;然后,在不同载荷作用下,对含与不含焊接缺陷的2种铝合金板架试件开展疲劳试验,以获得铝合金板架的疲劳寿命;最后,运用ABQUAS软件建立含3种焊接缺陷的板架试件的局部仿真模型,分析和揭示含焊接缺陷板架结构失效产生的机理。[结果]试验结果表明:含焊接缺陷的试件失效是由于焊缝端部缺陷处出现裂纹,扩展后导致纵骨腹板发生断裂;而不含焊接缺陷的试件失效与节点形式有关,均是在循环载荷作用下纵骨面板失效产生疲劳裂纹,扩展到腹板后导致纵骨发生断裂。[结论]研究成果可为铝合金焊接结构的疲劳寿命评估及焊接缺陷对疲劳寿命的影响提供参考。     

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

本文研究了腐蚀与疲劳载荷耦合作用下自升式平台桩腿服的可靠性问题。采用ANSYS对自升式海洋平台桩腿结构进行建模,根据平台服役海域的波浪散布图对桩腿结构的工况进行划分,确定浪溅区桩腿结构的疲劳关键节点及其等效应力;以桩腿材料E690高强钢为对象,进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验,获得了不同环境下的疲劳裂纹扩展参数;提出了基于断裂力学的浪溅区桩腿关键节点的时变可靠性模型,与采用现有腐蚀模型的桩腿时变可靠性指标进行了对比,结果表明了本文所提方法能有效地反映平台桩腿服役期间关键节点的时变可靠性变化趋势,为平台在服役期间的安全运行与维护保养提供了理论指导。     

时效处理对海洋用AA6063铝合金耐腐蚀性的影响

AA6063铝合金由于其优异的性能,被广泛应用于造船领域,然而由于海水这一腐蚀性流体与船体的相对运动能够加速金属的腐蚀速率,因此采用AA6063铝合金制造的船体部件容易受到侵蚀和腐蚀。为了解决这一问题,对AA6063铝合金进行时效处理是较为有效的手段之一。本文对时效处理对海洋用AA6063铝合金耐腐蚀性的影响进行研究,采用3.5%的氯化钠溶液模拟人造海水,对经过时效处理的AA6063铝合金进行腐蚀试验,最终结果证明,通过人工和自然时效处理相结合的方法,能够较为明显地提高AA6063铝合金的耐腐蚀性。     

变工况下船舶艉轴机械密封端面温度场数值分析

以变工况下的船舶艉轴机械密封环为研究对象,采用整体接触耦合法对其进行了热力耦合作用下的温度场有限元计算,重点介绍了船舶艉轴密封环稳态温度场数学计算模型和热流密度载荷的施加思路,依据接触表面的温度连续性条件对变工况时密封端面的接触状况及温度变化趋势进行了分析.结果表明:转速、海水压力以及载荷系数都是引起端面温升的重要原因,各工况下静、动环接触区温度相同,非接触区静环端面温度高于动环,且在热力耦合作用下,密封端面发生锥形变形,呈现开口间隙.     

板厚对14MnNbq钢焊接件疲劳裂纹扩展速率的影响

为研究厚板的原始焊接板厚及取样位置对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,完成了14MnNbq钢5种原始焊接板厚(40 mm、50 mm、60 mm、80 mm和100 mm),共计30个疲劳试件的裂纹扩展试验。运用数理统计方法回归处理试验数据,得到了在给定置信水平下的5组da/dN-ΔK曲线以及Paris公式的拟合值参量,同时还得到了100 mm厚板不同取样部位的da/dN-ΔK曲线。结果表明:随着原始焊接板厚的增加,疲劳裂纹扩展速率也在加大;受取样位置的影响,表面试件比中部试件的疲劳裂纹扩展速率快。