基于热点应力法U型激光焊接夹层板疲劳寿命分析

U型激光焊接夹层板作为新型船用结构,准确预报其疲劳寿命对于工程应用有着重要的现实意义。本文依据传统焊接结构热点应力外推方法,给出了适合激光焊接夹层板结构的热点应力外推公式,计算了不同外推公式下结构的疲劳寿命,并与已有的试验结果进行对比,最后研究了不同单元层数和焊缝宽度对结构疲劳寿命的影响。结果表明:采用本文的外推公式、外推区域面板厚度方向划分3层单元时,计算结果与试验值较为吻合,验证了热点应力法求解激光焊接夹层板疲劳寿命的有效性;并且结构的疲劳寿命随着焊缝宽度的增加显著提高。     

船用铝合金板架结构典型节点的疲劳试验研究

本文针对船用铝合金板架结构典型节点的疲劳性能开展了试验研究。首先采用X射线对焊缝部位进行了拍照,获得了焊缝处的微观缺陷特征;然后进行板架的极限承载能力试验,得到板架的极限载荷水平;接着采用不同载荷水平进行反复载荷作用下的疲劳试验,获得了不同载荷水平下典型节点的疲劳寿命和破坏模式。试验结果表明:船用铝合金板架结构典型节点的疲劳寿命与测点应力呈双对数线性关系,即随着对数测点应力的增大,对数疲劳寿命呈线性下降趋势;而焊缝缺陷形式直接关系到节点的疲劳破坏模式与疲劳寿命。研究结果可为船用铝合金板架结构的承载能力评估与焊接工艺设计提供参考。     

考虑点腐蚀影响的船体板疲劳寿命评估

针对疲劳现象对点腐蚀极为敏感的问题,基于点腐蚀蚀坑处的应力集中系数,计算了含点腐蚀船体板单元的疲劳寿命。结果发现:对于半球形蚀坑,蚀坑处应力集中系数随蚀坑深度的增加而增大,两者基本上呈线性关系;当蚀坑深度为0,即无点腐蚀时,累积损伤度约为1,结构的疲劳寿命约等于设计寿命,这与客观事实是相符的,验证了基于应力集中系数计算结构疲劳寿命的合理性;当蚀坑深度仅为0. 2倍板厚时,含2种蚀坑的板单元疲劳寿命迅速减小到原寿命的47%、9%和23%;当蚀坑深度达到板厚时,板单元被蚀穿。这一结果说明结构的疲劳寿命随蚀坑深度的增大急剧减小,结构的疲劳寿命对点腐蚀极为敏感。     

在随机载荷作用下用断裂力学法估算潜艇耐压壳体的疲劳寿命和裂纹尺寸

潜艇在上浮下潜的过程中承受着反复作用的由外部水压力所产生的随机载荷,耐压壳体面临着疲劳破坏。本文引入了潜艇的疲劳载荷谱,模拟了潜艇随机载荷历程,并对一次载荷历程估算了疲劳寿命;同时模拟了100次载荷历程,分别对疲劳寿命和裂纹尺寸进行了统计,结果表明裂纹的疲劳寿命符合威布尔分布,裂纹扩展尺寸服从对数正态分布。该结论与目前疲劳可靠性分析中使用的对数正态分布模型和威布尔分布模型相一致。     

金属基复合材料热机械疲劳寿命影响参数研究

基于细观损伤机理,通过对金属基复合材料在热/机械循环载荷下疲劳破坏的数值模拟,研究了六种参数对疲劳寿命的影响.结果表明:(1)疲劳寿命随着试样尺寸的增大而缩短,但达到临界尺寸,即纤维规模超过25根或者长度超过30倍纤维直径后,疲劳寿命将不受尺寸变化的影响;(2)纤维体积含量影响了材料抗疲劳破坏的能力,疲劳寿命随着纤维体积百分含量的提高而延长;(3)疲劳寿命依赖于纤维强度Weibull分布中形状参数的变化,疲劳寿命随着形状参数的增大而延长;(4)疲劳寿命随着疲劳延性系数的增大而延长,但随着疲劳延性指数绝对值的增大而缩短.     

高桩梁板码头面板对结构内力的影响分析

依据有限元空间分析理论,选取某码头第一结构分段作为分析对象,建立空间模型,在假设的两种工况下分析面板对结构内力的影响。模拟结果表明,高桩梁板码头中码头面板宽度及面板与梁的连接关系是影响内力匀化效果的关键因素;码头面板宽度控制匀化荷载的效果,而厚度对匀化的作用不明显;控制外荷载是水平荷载还是竖向荷载是影响模型选取空间模型还是平面模型的重要条件。因此,在码头设计时,应充分考虑码头面板匀化水平荷载的作用,减小码头结构中关键构件的尺寸,节约成本。     

船舶圆弧过渡肘板节点的屈曲破坏研究

船体构件腹板在连接端部逐渐升高形成圆弧过渡肘板节点,较大的腹板尺寸导致其受弯时易出现屈曲破坏,从而影响船体结构的安全性。以典型圆弧过渡肘板连接的横梁-肋骨节点结构为研究对象,采用极限强度试验与非线性有限元模拟方法,研究肘板节点受弯时的破坏模式、极限载荷以及屈曲过程,讨论肘板臂长、圆弧半径、面板厚度对节点结构屈曲破坏的影响。结果显示:考虑初始缺陷的非线性有限元模拟结果与试验结果一致;根据肘板尺寸的不同,屈曲破坏的位置包括靠近肋骨的横梁腹板区域以及肘板与横梁过渡圆弧处的腹板区域;随着肘板臂长的增加,不同圆弧半径时节点的极限载荷均为先增大后趋于不变;随着圆弧半径的增加,肘板臂长较小的节点极限载荷缓慢上升,肘板臂长较大的节点极限载荷则近似呈线性增长趋势;面板厚度对极限载荷的影响较小,随着面板厚度的增加,极限载荷先缓慢增加后趋于不变。     

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。     

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.     

轻型码头结构疲劳可靠性分析*

采用随机波浪谱和Miner线性疲劳累积损伤原理对轻型码头结构在波浪荷载和船舶撞击荷载共同作用下的疲劳可靠性进行研究。根据轻型码头结构变形大的特点,计算船舶撞击力时考虑了结构刚度对撞击力的影响,波浪荷载使用Morison方程计算,并以Airy波浪理论计算水质点速度。结果表明:波浪荷载和船舶撞击力对轻型码头结构的疲劳寿命均产生一定的影响,在进行疲劳可靠性分析时应考虑两种荷载的共同作用。     

浅谈水泥混凝土路面面板脱空病害处理措施

水泥混凝土路面下封堵是一种预防措施。它是对路面板下和基层、垫层中的细小空隙进行灌浆,由于空隙被填充,会减小未来发生唧泥或断板的可能性。但此项处治措施不能提高结构承载能力,也不能消除因温度变化和交通荷载而造成的错台。因此,板下封堵应在弯沉增大、尚未发现严重唧泥或严重裂缝时进行。     

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。     

夹层板系统碰撞性能数值仿真分析

夹层板系统(SPS)具有优越的力学性能,在修船中应用广泛。夹芯层具有很好的缓冲作用,可作为耐撞结构应用于船舶结构设计,提高其耐撞性能。基于非线性有限元软件ABAQUS分析SPS在碰撞冲击载荷下的结构损伤变形、碰撞力和能量吸收等力学行为,并对比分析其与加筋板架、折叠式夹层板的碰撞性能,最后研究了自身结构尺寸参数对其碰撞性能的影响。研究表明,SPS具有良好的碰撞性能,优于加筋板架和折叠式夹层板。SPS自身结构参数对其碰撞性能有一定影响,面板厚度增加,上下面板吸能明显增加,比能随着面板厚度的增加呈下降趋势,对夹芯层的吸能及比能影响不明显。夹芯层高度增加,夹芯层和上面板吸能明显增加,上面板比能增加最快,对夹芯层和下面板的比能影响不明显。     

波浪非线性对导管架平台疲劳寿命评估的影响研究

基于线性和非线性波浪理论,在渤海海域观测的30种海况下,选取了导管架平台易发生疲劳损伤的几个危险节点作为研究对象,并通过确定性的疲劳分析方法对这些节点进行了疲劳寿命评估。结果表明,在选取的3种阻尼条件下,考虑波浪的非线性因素后,疲劳寿命的评估结果均有所增加,为海工结构的疲劳寿命评估提供了参考意见。     

上层建筑端部结构疲劳试验与分析研究

疲劳评估的关键问题是选取准确的S-N曲线,为合理预报特殊部位结构的疲劳寿命,需要对特殊结构的S-N曲线进行验证,有效的验证手段是采用模型试验的方法进行研究。通过全船有限元分析计算,分析主要部位的应力分布情况,选取模型试验目标结构。根据关心区域的实际结构形式,结合试验条件设计目标节点疲劳强度试验模型。根据试验结果,以双对数线性模型进行S-N曲线绘制,并与规范S-N曲线进行比较,选取接近的S-N曲线对目标节点进行疲劳寿命预报。     

潜艇结构锥柱结合壳损伤容限研究

损伤容限与耐久性的结合体现了现代潜艇结构延长寿命、提高可靠性和降低维修成本的综合要求.损伤容限分析的关键问题是正确估算剩余寿命.本文以断裂力学为理论基础,通过对带有初始裂纹的潜艇典型焊接节点模型的剩余寿命有限元分析,将计算结果和试验结果相比较,考核剩余寿命有限元分析方法的可靠性,从而对有初始缺陷或裂纹的疲劳热点区域--潜艇锥柱结合壳进行剩余寿命有限元估算,在此基础上进行潜艇锥柱结合壳损伤容限研究.并对具有不同尺寸的初始裂纹结构的剩余寿命进行有限元分析,确定潜艇在交付使用和检修时的损伤容限尺寸.     

浅谈初稳性高在油船共同结构规范疲劳分析中的应用

对比初稳性高(GM)的取值方法在油船共同结构规范(CSR-OT)和协调版共同结构规范(CSR-H)中的差异,分析初稳性高与船体构件疲劳寿命的关系:初稳性高与船体构件疲劳寿命负相关。统计分析不同船型的实际初稳性高与规范缺省计算值的差异,对于B/D较小的"窄高型"油船,装载手册中经修正的初稳性高与规范缺省计算值的差异较大。通过某"窄高型"巴拿马最大型油船计算案例说明,选择装载手册中经修正的初稳性高可显著提高疲劳寿命计算结果,从而简化节点设计或减小构件尺寸。     

大型散货船结构节点疲劳寿命的分析计算

根据应力幅长期分布的Ｗｅｉｂｕｌｌ分布假设及结构材料疲劳的Ｓ－Ｎ曲线和线性累积损伤Ｍｉｎｅｒ准则，使用数值分析与解析相结合的混合法对３４０００ＤＷＴ大潮型散货船结构进行了分析计算，结果令人满意，证实本文介绍的方法解决船体结构在疲劳载荷作用下疲劳寿命估算的实用方法。     

冰区海上风机结构的冰激疲劳寿命分析

冰载荷是诱发冰区海上风机结构疲劳破坏的重要因素,通常采用加装抗冰锥体的方式将海冰的挤压破坏转化为弯曲破坏,从而减小峰值载荷并削弱冰激振动。针对锥体风机结构在冰载荷作用下的疲劳寿命开展分析。基于渤海辽东湾某海域的现场监测数据确定了有效冰期、冰厚、冰速等疲劳分析参数,在冰速0～100 cm/s、冰厚0～30 cm范围内均匀划分50种疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;采用具有粘结-破碎功能的球体离散单元构造海冰模型,计算风机与平整冰相互作用时的冰载荷时程及对应的热点应力;采用雨流计数法提取热点应力时程中的有效循环次数,根据S-N曲线和Miner线性累积损伤准则进一步计算其冰激疲劳寿命;最后将计算结果与通过锥体结构随机冰力函数构造冰载荷时程而得到的疲劳寿命相比较,验证了基于海冰离散单元模型的冰载荷时程构造方法的安全性与可靠性。     

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。