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。     

PLUS船级符号的穿梭油轮疲劳强度分析

针对PLUS船级符号在穿梭油船上的应用问题,采用热点应力法对某穿梭油船进行疲劳强度规范校核。通过建立目标范围内的纵骨-强框连接结构的半名义应力模型,选取应力集中系数计算其疲劳热点应力,结合相应的S-N曲线分别评估其高周和低周疲劳损伤,校核其联合疲劳损伤。结果发现,高低周疲劳对目标结构的疲劳损伤都有贡献,满足HCSR疲劳要求的结构仍有节点不满足PLUS要求。PLUS计算必须考虑高低周疲劳损伤,满足该符号的要求能有效提高穿梭油船结构的疲劳强度。     

C型独立液货罐焊接接头的疲劳载荷研究

针对C型独立液货罐的特点,提炼出C型独立液货罐的疲劳计算工况;按照IGC规则推导了高周疲劳动压力计算公式,并且与中国船级社《船舶结构疲劳强度指南》中的等效设计波法计算的疲劳载荷作了对比;此外,还讨论了蒸汽压力、温度变化等低周疲劳载荷,解决了C型独立液货罐疲劳计算的关键问题。     

高强度钢超高周疲劳特性试验研究

该文介绍以20kHz超声波振动疲劳试验机对三组55SC7高强度钢试材作超高周疲劳特性试验研究,试验结果表明：在高周区及超高周区S－N曲线呈下降趋势,与传统假设完全不一,疲劳强度并不随其硬度（Hv)及弹性极限σ(b)的提高而提高,疲劳裂纹萌生于试件内部,主要由硫化物和钙化物等质所致。     

LNG船的疲劳强度计算与分析

本文基于S—N曲线法的疲劳累积损伤度原理，根据中国船级社(CCS)和挪威船级社(DNV)的船体结构疲劳强度指南，采用名义应力的疲劳计算方法，对一艘150000m^3LNG船进行了疲劳强度校核，对计算结果进行了分析，并提出了合理的建议。     

压力容器接管区应变分布模拟试样(ECT)的低周疲劳裂纹扩展

设计了一种含局部减薄半椭圆缺口的紧凑拉伸试样(ECT),以模拟压力容器接管区结构,并对16MnR钢的ECT试样进行了不同应力比的恒幅低周疲劳裂纹扩展试验.结果表明:ECT试样具有类似压力容器接管区的高应变分布场;低周疲劳裂纹扩展速率与由线积分定义计算的循环J积分,△J在双对数坐标中呈良好线性相关,且回归的材料参数与相同材质的高周疲劳试验获得的Paris常数基本一致.     

船舶典型节点疲劳强度试验及S-N曲线拟合方法研究

疲劳评估的关键问题是S-N曲线的选取,对于某些结构复杂的大型船舶特有的结构形式,现有规范没有合适的S-N曲线.为了更合理准确地进行结构疲劳强度研究,本文选取某型具有复杂结构的船舶,用实尺度模型试验的方法研究几种典型节点的S-N曲线特性.通过全船有限元谱分析疲劳强度计算,筛选出疲劳问题重点关注区域,确定模型试验部位;根据疲劳问题严重区域的实船结构,设计加工典型节点实尺度疲劳试验模型;确定多个加载工况,进行典型节点疲劳强度试验,获取典型节点多种载荷工况下的疲劳寿命值,在此基础上,研究得到各节点S-N曲线及P-S-N曲线;应用试验所得P-S-N曲线,对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,并与规范S-N曲线结果进行了对比,指出了它们的差异.     

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。     

980钢焊接节点疲劳试验

疲劳寿命与材料、节点形式、焊接工艺，以及应力应变水平有关。当交变应力水平超过材料的屈服极限时，疲劳试验载荷作用的频率对疲劳寿命将会影响很大。采用应变控制方式进行疲劳试验，可以降低载荷频率对疲劳寿命的影响。本文根据应力水平大小，分别在应力和应变两种不同的控制方式下完成了980钢板对接焊节点、T型焊接节点和大角度对接焊节点的疲劳试验工作，得到了980钢在一定焊接工艺条件下的应力-寿命和应变-寿命结果。为980钢焊接结构的疲劳强度设计提供了依据。     

可直接确定齿间摩擦对齿轮弯曲疲劳影响的摩擦因子图谱

对2000年第四期《起重运输机械》中题为“减速齿轮传动中主动轮齿根弯曲疲劳的计算”一文所导出的主动轮齿根弯曲疲劳强度计算方程组，进行一系列的展开计算后，通过计算机编程绘制出摩擦因子图谱。利用该图谱，不必进行繁琐的公式计算便可直接查出齿间摩擦对主动轮齿根弯曲疲劳强度的影响。     

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.     

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。     

钢丝绳磷化涂层技术

钢丝绳使用过程中受到交变应力的作用,内部相邻钢丝因受力不均匀导致变形不同步时将发生微动;微动使钢丝表面产生磨损,从而使钢丝横截面积减小致应力集中的发生,促进疲劳微裂纹的萌生,微动疲劳是钢丝绳失效的主要原因。磷化涂层钢丝绳专利技术是将制绳钢丝磷化处理后捻制股及钢丝绳,磷化膜使钢丝表面更加耐磨,同时增加润滑脂在钢丝表面的驻留量,减小摩擦力促进滑动,抑制钢丝表面损伤及微动疲劳的发生,从而大幅度延长钢丝绳使用寿命。     

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。     

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。     

Fatigue damage induced by vortex-induced vibrations in oscillatory flow

Vortex-induced vibration (VIV) of a flexible cylinder in oscillatory flow was experimentally investigated in an ocean basin. An intermittent VIV was confirmed to have occurred during the tests. The fatigue damage caused by VIV was calculated based on rainflow counting and a standard S–N curve. There are 3 main observations for fatigue damage from VIV in oscillatory flow: 1) the damage varied significantly with the KC number, which is a unique feature for VIV in oscillatory flow. 2) Fatigue damage at small KC number cases was found to be larger compared to those at large KC numbers owing to the fact that number of vortex shedding cycles per half of the motion cycle is low, and damping within half of the motion cycle will hence become low. The fact that vortices from the previous cycle still are active during the next may also contribute to the large response at small KC numbers. 3) ‘Amplitude modulation’ and ‘mode transition’, two specific features for VIV in oscillatory flow, were found to have a strong influence on fatigue. Fatigue damage has also been calculated by an empirical VIV prediction model assuming that all cases have steady flow at an equivalent velocity. Finally, a simplified method for calculating fatigue damage from VIV in oscillatory flow based on steady flow conditions is proposed. A modification factor diagram is presented, but the scope of the present study is too limited to provide a good basis for a general model for this factor. A general model for how to apply results from constant current analysis to predict fatigue in oscillatory flow will therefore need further research.     

碎石桩施工平台升降液压缸静强度及疲劳寿命的仿真分析

根据碎石桩施工平台各运行工况及载荷谱,用ANSYS Workbench15.0软件获得升降液压缸所受应力、变形、疲劳寿命及安全系数的仿真数据。结果表明,升降液压缸在20年设计寿命内具有足够的静强度,且在12年共经历1 200个周期循环载荷的作用下,该升降液压缸具有足够的疲劳强度,而在随后8年(累积2000个周期循环载荷)的运行过程中,升降液压缸极有可能发生疲劳破坏。上述分析方法与结果可为升降液压缸的结构改进、预期维修以及其他液压缸的性能分析提供参考依据。