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。     

降低FPSO含裂纹焊接结构应力集中系数的焊接修理形状的研究

对焊缝处出现的裂纹进行焊接修理,以阻止其进一步的扩展,这一方法能够有效地延长FPSO焊接结构的疲劳寿命.考虑到应力集中而造成的疲劳寿命的降低,要谨慎选取焊接修理所采用的形状和尺寸,避免产生过高的应力集中.在本文中,研究了不同几何形状和尺寸的二维焊接修理切口的应力集中系数,如抛物线型和椭圆型等,并与相类似尺寸的U型切口进行了比较.当切口的表面半宽长于其深度时,椭圆型的裂纹修理切口具有更低的应力集中系数.将椭圆型的焊接修理形状用于补板与纵骨的连接处,以计算进行焊接修理消除裂纹后结构的最大主应力.结果表明,在消除产生的裂纹以后,含焊接修理切口的结构可以恢复到初始的应力状态.     

不同扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验

为了研究矩形扶强材和削斜扶强材结构形式的某铝合金船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能，对此进行了试验研究。首先建立舱段结构的有限元模型（该目标船纵骨采用6082铝合金，其他部分采用5083铝合金材料），确定载荷工况并计算分析两种扶强材结构在相应载荷水平下的应力分布状态。在此基础上，设计并开展了实际板厚四点弯曲疲劳模型试验，获得了试验模型在不同载荷水平下的疲劳失效循环次数，并且根据试验测得数据得到了两种扶强结构形式的S-N曲线。试验结果表明矩形扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于削斜扶强材形式，该结论可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计以及5083与6082铝合金焊接结构形式（T型焊接和趾端焊接）的疲劳强度评估提供依据。     

船体板架纵骨错位对焊接变形及应力的影响

在船体板架的焊接工序中,由于制造误差产生的纵骨错位问题对焊接过程及焊接质量产生不利影响。以典型船体板架为例,在纵骨强制对齐的基础上采用顺序耦合的热弹塑性有限元法对其焊接过程进行数值仿真分析,研究纵骨错位量对焊接变形和应力的影响规律。结果表明,随着错位量的增加,错位纵骨两侧板格焊接变形分布的不对称性逐渐增强,左右两侧板格变形差值最大可增加3.7倍,且当错位量一定时,外板厚度越小纵骨错位的影响越大。此外,纵骨强制装配产生的应力与板架焊后残余应力均随错位量的增大而增加,当错位量为10 mm时,残余拉应力与压应力分别是纵骨未错位情况下的4.4倍与4.9倍。     

船舶甲板分段纵骨焊接变形和残余应力数值模拟

基于非线性分析软件Abaqus,采用顺序耦合的热弹塑性有限元方法研究典型船舶甲板分段纵骨焊接的变形与残余应力问题。焊接过程中的温度场分析采用具有截面积分shell单元的shell/solid模型,移动热源为高斯分布与均匀体组合热源,材料考虑应变随温度变化的特性。通过与T型接头焊接实验结果对比,验证了方法的可靠性。在此基础上,计算分析了甲板分段纵骨焊接的整体变形和局部板格变形,并讨论了外板纵向和横向焊接残余应力分布规律。     

两种纵骨端部连接形式的疲劳强度分析

介绍纵骨端部连接形式的应力集中系数替代设计方法,并采用该方法对船舶结构设计中常用的两种纵骨端部连接形式(简称Type AType B)以及H-CSR规范纵骨端部连接形式应力集中系数表格中的Type 2Type 4进行研究,对比不同纵骨端部连接形式对应力集中系数和纵骨疲劳寿命的影响,分析对腹板加强筋屈服强度的影响,证明使用Type 2Type 4替代Type AType B形式计算纵骨疲劳强度是可行的。     

不同扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验

采用试验形式研究矩形扶强材和削斜扶强材结构形式的某铝合金船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能。首先建立舱段结构的有限元模型(目标船纵骨采用6082铝合金,其他部分采用5083铝合金材料),确定载荷工况并计算分析2种扶强材结构在相应载荷水平下的应力分布状态。在此基础上,设计并开展实际板厚4点弯曲疲劳模型试验,获得试验模型在不同载荷水平下的疲劳失效循环次数,根据试验测得数据得到2种扶强结构形式的S-N曲线。试验结果表明,矩形扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于削斜扶强材形式,该结论可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计以及5083、6082铝合金焊接结构形式(T型焊接和趾端焊接)的疲劳强度评估提供依据。     

含缺陷船体纵骨节点疲劳裂纹扩展寿命评估

船舶纵骨节点往往存在焊接缺陷,焊接缺陷将引发裂纹,大大降低构件的疲劳性能。本文基于断裂力学理论,将焊接缺陷等效成半椭圆型表面裂纹,采用FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法,研究带初始裂纹的船舶舭部纵骨与横舱壁连接节点裂纹的扩展寿命评估方法。分析了初始裂纹位置、形状、裂纹面角度对裂纹扩展寿命的影响规律。并根据纵骨节点试验中的初始缺陷的位置,采用此联合仿真方法模拟了裂纹扩展过程。结果表明初始裂纹位置、形状对扩展寿命影响较大,随着初始裂纹向腹板靠近,寿命变短,裂纹扩展寿命随着初始裂纹形状比的增大而增大。初始裂纹角度对疲劳寿命影响不明显,随着角度增大,寿命变长。通过对试验中初始缺陷的等效简化,在裂纹稳定扩展阶段,仿真得到的裂纹扩展寿命与试验结果吻合较好。     

抗剪力板定位及焊接控制

抗剪力板是槽型舱壁下方的加强肘板,在定位焊接此板时,极容易使与其相连的纵绗、肋板、纵骨和不锈钢内底发生变形,这样会导致上述加强结构无法与槽型舱壁对齐。如此,在船舶运输过程中,在海洋外力的影响下,角焊缝会出现裂纹,严重时会引起有毒有害化学品货物的泄漏。所以对抗剪力板的定位以及焊接的控制尤为重要。     

无锡华联科技集团有限公司多电极纵骨焊接机于2008年12月26日通过技术鉴定

该技术成果鉴定会是由无锡市科技局组织并主持的。鉴定会上,无锡华联的多电极纵骨焊机在12米长、200毫米厚纵骨的8条焊缝上同时进行焊接,仅用10分钟便焊好了8条焊缝,焊缝平直、光顺。来自中国船舶工业高效焊接指导组、江苏科大、上海交大、中国焊接协会、南航大、江南（长兴）造船公司、上海船厂、大连船舶重工。     

船首-冰层碰撞下的船体结构变形及损伤模式演化

基于非线性有限元方法模拟船首-冰层碰撞动态过程，从船体结构吸能、应力场分布、结构变形和损伤演化等角度研究不同碰撞场景下的船-冰相互作用响应特征，总结得到碰撞角度、碰撞部位和冰层厚度等因素对船首结构吸能、结构变形和损伤模式演化的影响机理。研究结果表明：在船-冰碰撞过程中，船体外板先发生变形，随后靠前的纵骨面板和腹板倾覆、断裂；随着撞击的深入，肋板倾覆，外板剧烈弯曲甚至损伤，外板为主要的吸能构件，甲板纵骨和甲板纵桁吸能最少。     

船体桁材开口后的强度与屈曲分析

对船体纵桁腹板上开口后的强度及稳定性进行有限元计算分析,探讨纵桁腹板上两种常见的开口形式及其开口大小对纵桁的影响,对两种不同的开口形式进行强度和屈曲性能的对比,为实际船体结构设计提供参考。     

桁材开孔腹板的线性屈曲强度分析

船体在总纵弯曲时甲板纵桁和船底纵桁承受较大的轴向压力,而在桁材腹板上开孔会影响其腹板的屈曲强度.针对这一问题,应用有限元屈曲特征值分析方法对受轴向压力开孔腹板的屈曲载荷进行计算.通过对计算结果的分析,对开孔尺寸和开孔位置对腹板屈曲强度影响的规律进行了归纳,并对腰圆孔和圆孔对腹板屈曲的影响程度做出了比较,对船体结构中腹板开孔尺寸及位置提出了一些建议.     

肋板拉入法工艺研究

肋板拉入法是在船舶建造过程中通过肋板拉入的方式取代常规的把纵骨通过大切口插入后加装补板的方式进行船舶装配的一种工艺方法,该方法能大幅度提高装配效率,减少焊接量,大大降低了施工人员的劳动强度[1]。本文结合中远船务为挪威船东在建的152000吨穿梭油轮重点阐述拉入法的主要工艺流程和工艺特点。     

船底结构的焊接系数研究

采用钢结构焊接强度计算方法,给出船底结构角焊缝应力的计算模型和船舶结构角焊缝焊接系数的计算公式。以一艘31 000 dwt散货船船底结构为例,计算不同工况荷载作用下船底、内底纵骨、船底纵桁以及肋板的焊缝剪应力,并与舱段有限元的剪应力计算结果作比较,验证了当前规范角焊缝焊接系数。     

金属结构理论线标准的应用

介绍了《金属结构理论线标准》应用时的简便记忆方法 ,以及实际施工时在特殊节点情况下对该标准的应用 ,供有关人士参考将横舱壁上的角钢扶强材以其内缘为理论线。这样一来 ,舱壁扶强材的腹板就可以与甲板纵骨处在同一平面上 ,见图 3,既解决了肘板安装的困难 ,又使该处结构连接更加合理 ,从而增加了节点强度。图 1　某 5 4m石驳横舱壁与甲板的一个节点图图 2　以角钢外缘为理论线时的情形　　又如 :在检验另一条 4 8m石驳中 ,其甲板纵骨与横舱壁扶强材节点如图 4。此处 ,纵骨为⊥2 0 0× 875× 9。按理论线标准 ,应以靠近中心线的一边为理论线。横舱壁扶强材角钢折边朝向中心线 ,其理论线也就离开了中心线 ,此时 ,就出现了类似于上例的情形。虽然此时因纵骨为T型材 ,不致使肘板装配产生困难 ,但因腹板错开 ,节点也就明显不合理。所以 ,作者也提出了与上例同样的建议 ,被船厂工人采纳。需要指出的是 ,因该船有底纵骨L90× 90×10 ,还要注意将底纵骨的理论线也移到内缘 ,以保证与横舱壁扶强材之间节点的合理连接。类似情况 ,在船舶建造中时有发生 ,笔者认为 ,处理时 ,只要抓住主要矛盾 ,一切问题都可迎刃而解。3　结束语标准是经验的结晶、技术的升华、工艺的轨道、质量的验规。这句话给所有的标准作了系?     

箱型梁加强筋连接方式对腹板局部稳定性的影响

港口机械结构中的箱梁在承受压力作用时腹板容易失稳,需要在腹板上焊接加强筋来提高其稳定性。本文研究了腹板的失稳形式,同时对加强筋的强弱及连接方式对腹板屈曲的影响进行了计算比较。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

维修过程中船体外板焊缝开裂原因及对策

在船体外板的更换过程中，船体外板与船体板架（船体肋骨、纵骨和纵桁）以及新旧船体外板之间的焊接问题是船体维修过程中面临的主要问题。在某艇的维修过程中，共更换外板48块；材质为3C钢，屈服强度为235MPa，板厚为6mm；采用J422焊条进行焊接，结果有15处焊缝出现裂纹，占总更换外板数的31．2％。几乎所有开裂的焊缝都是在焊接一面结束后，在另一面开槽时出现开裂。随后经调整焊接材料和焊接过程成功进行修复，但如何总结经验教训，及时查找问题症结所在，对于确保焊接质量，提高焊缝的一次合格率；提高维修效率，降低维修周期和成本；达到提高装备使用效率和部队战斗力的目的，是非常迫切和必要的。     

船舶结构疲劳强度分析中的几个问题

讨论了有关确定船舶结构疲劳寿命的几个重要因素;应为周期数、Ｗｅｉｂｕｌｌ分布形状参数ξ与船长关系、热点应力和切口应力等。以２５８,０００ｔ现有超大型油船（ＶＬＣＣ）的舷侧纵骨和甲板纵骨的疲劳强度为例进行了计算,计算结果表明预示的疲劳寿命较好反映了超大型油轮的疲劳寿命。