HCSR疲劳载荷概率水平及形状参数的研究

针对协调共同规范（HCSR）中疲劳评估的概率水平和形状参数的选取问题,通过理论分析和数值计算分析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,分析不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的敏感性,通过实船谱分析计算,得到热点应力范围长期分布。     

深水钻井船结构疲劳强度分析

对深水钻井船进行研究,采用疲劳评估方法中的谱分析法对深水钻井船的结构疲劳强度进行评估计算分析.对全船进行有限元分析,得到应力响应传递函数,从而得到应力范围的短期和长期分布,通过选择适当的S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原理,计算得到热点的疲劳累积损伤度,从而得到疲劳寿命.     

船舶疲劳强度校核中Weibull分布相关参数的影响

以疲劳累计损伤度原理为基础,对疲劳强度校核中Weibull分布相关参数的影响进行分析探讨,包括Weibull概率分布的形状参数、尺度参数和超越概率水平,分析对疲劳累积损伤度贡献最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,以及不同超越概率水平下形状参数对疲劳寿命的敏感性。     

半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别.同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据.经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理.     

大型集装箱船高强度厚钢甲板安全寿命评估方法

疲劳是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一.高强度钢的应用使得结构的疲劳问题更加突出.对于采用以高强度厚钢板为甲板的大型集装箱船来说,有必要进行高强度厚钢板的焊接缺陷部位安全寿命评估方法研究.以应力范围的长期分布服从两参数Weibull分布的随机载荷为疲劳载荷,裂纹扩展率采用单一曲线模型预报裂纹在任意时刻的尺寸,结合应力强度因子并参考应力计算方法和失效评估图技术提出一套计算集装箱船高强度钢厚钢板安全寿命评估的方法.通过编制计算程序,对某集装箱船甲板进行安全寿命计算.最后,分析疲劳载荷谱对安全寿命的影响.计算结果表明：载荷回复期的长短和Weibull分布的形状参数的取值都会极大影响结构疲劳安全寿命.     

基于应力线性化和主S-N曲线的方形管节点疲劳评估方法

通过对美国新奥尔良大学董平沙教授的基于结构应力的主S-N曲线法的介绍,提出了一种基于应力线性化的主S-N曲线法,并给出该方法的操作流程。就方形管节点,分别采用董平沙教授的主S-N曲线法、美国ASME规范中的主S-N曲线法以及文中所述基于应力线性化的主S-N曲线法,进行疲劳寿命评估和比较。通过与热点应力法计算结果进行对比,表明该方法简单易行,且与热点应力法的结果更为接近。     

超大型浮体柔性连接器疲劳强度模型试验

为了保证超大型浮体的作业安全,需要精确评估连接器结构疲劳强度。文章针对一种由尼龙柔性夹层和环肋加强圆管轴构成的铰接式连接器,开展了疲劳强度模型试验,测量了热点应力、疲劳寿命和裂纹扩展。考虑接触、柔性层以及开孔的影响,采用三维有限元方法计算了连接器结构应力,分别基于S-N曲线和裂纹扩展,给出了柔性连接器疲劳寿命评估方法。比较分析表明,计算得到的连接器结构应力和疲劳寿命与模型试验结果吻合,文中方法可用于柔性连接器结构疲劳强度设计     

深水钻井船结构疲劳强度分析

对深水钻井船进行研究,采用疲劳评估方法中的谱分析法对深水钻井船的结构疲劳强度进行评估计算分析。对全船进行有限元分析,得到应力响应传递函数,从而得到应力范围的短期和长期分布,通过选择适当的S—N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原理,计算得到热点的疲劳累积损伤度,从而得到疲劳寿命。     

基于等效设计波的船体结构疲劳强度许用应力法

文章总结了中国船级社疲劳强度评估方法中的许用应力范围方法.该方法用10种主要载荷控制参数下的等效设计波作为基本的计算载荷工况,通过基本计算载荷工况进行组合后求解疲劳应力范围.推导了疲劳许用应力范围计算公式和不同概率水平下疲劳应力的转换关系.对不同S-N曲线形式的许用应力范围进行了讨论,给出了中国船级社疲劳强度许用应力范围表格.用实例进行了验证.     

基于谱分析的FPSB疲劳寿命评估和优化

FPSB是一种新型深远海大型浮式结构物,长期承受交变波浪载荷作用,易发生疲劳而使得结构失效。本文以一艘FPSB为研究对象,使用谱分析法对其疲劳寿命进行了评估。首先建立水动力模型计算波浪载荷响应算子RAO,建立整船结构模型计算船体结构响应,随后选取典型节点建立子模型以得到精确的热点应力传递函数,采用北大西洋海况和P-M海浪谱,基于S-N曲线和线性累积损伤准则对典型节点的疲劳寿命进行计算分析。根据疲劳评估结果,对易损节点进行基于疲劳性能的结构优化,以提高节点形式的合理性及结构安全可靠性。     

基于裂纹扩展的海洋平台疲劳可靠性分析

文章基于裂纹疲劳基本理论,针对在役导管架平台出现初始裂纹状态下结构承载力进行分析,考虑结构损伤与腐蚀等因素,建立了典型导管架平台整体结构模型和局部子模型,分析了在该工况下平台整体结构的疲劳强度,并确定了平台结构的疲劳关键部位。采用几何应力外插法计算了热点应力,基于疲劳裂纹扩展的疲劳分析方法,计算了疲劳关键节点的疲劳寿命与疲劳可靠度。该方法能够为海洋平台结构的维护和保养提供一定参考。     

Probabilistic fatigue analysis of marine structures using the univariate dimension-reduction method

Probabilistic fatigue analysis of offshore structures requires the numerical simulation of a huge number of loading cases to compute the long-term multi-dimensional integral associated to the fatigue damage assessment. This paper proposes the implementation of the univariate dimension-reduction method developed by Rahman and Xu [1] in order to compute the long-term fatigue damage more efficiently. This method is particularly attractive because it reduces significantly the number of simulations by decomposing the N-dimensional integral associated to expected long-term fatigue damage assessment into the sum of N one-dimensional integrals. In addition, this paper compares the univariate-dimension reduction method with the brute force direct integration methodology and other methods based on Taylor expansions, such as perturbation approach and asymptotic expansion method discussed by Low and Cheung [2]. Two comprehensive examples are included to show the effectiveness of the method. At first, the performance of the univariate dimension-reduction method is evaluated by assessing the fatigue damage of a theoretical structure represented by a single stress response amplitude operator (RAO). Then, in order to show a case of practical application, the fatigue damage is evaluated for a Steel Lazy Wave Riser (SLWR) connected to an FPSO in a water depth of 2200 m.     

集束塔式立管总体疲劳分析方法研究

考虑到集束塔式立管比单根塔式立管在总体疲劳分析时更加复杂,利用＂等效＂理论方法对集束塔式立管进行处理,建立集束塔式立管有限元模型,提出集束塔式立管总体疲劳（包括运动疲劳和VIV疲劳）的分析方法,并通过实际的案例给出相关计算结果,证明该方法是正确和合理性的。     

基于谱分析法的FPSO剩余疲劳寿命研究

疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。多年来,船舶结构的疲劳断裂问题一直是造船界广泛关注的问题[1]。对于由大型油船改装而成的FPSO而言,预测并延长其服役寿命是很关键的。本文通过谱分析法对船体疲劳损伤度进行计算,分别对油船和FPSO阶段进行计算从而得到FPSO剩余疲劳寿命。通过建立3D有限元模型,采用热点应力方法来确定评估处应力传递函数,分别计算各个短期海况损伤度并通过线性叠加来计算总的损伤度以及剩余疲劳寿命。根据疲劳评估结果,更加高效地实施船体结构的检测及维修。     

一种基于冰载荷引起的船体结构疲劳损伤分析方法

目前对基于冰载荷引起的船体结构强度问题已经发展的较为成熟,但是基于冰载荷引起的结构疲劳强度的研究比较少。针对该问题,如果有一种简化方法来指导早期的结构设计,对船舶设计者来说是很有现实意义的。本文对英国劳氏船级社发布的ShipRight FDA ICE_^[1]作概括性的介绍,旨在向读者介绍这一简单而高效的评估方法以及技术背景和注意要点等。最后文章根据这一方法给出数条油船和LNG船的算例,并验证通过该方法改善疲劳节点的可行性。     

海上船舶碰撞事故原因探讨——疲劳的剖析

在发生的船舶海事事故中,人为因素特别是疲劳被确认为一个促进因素,由于疲劳导致人犯错误是无数海难事故的根源,包括20世纪最严重的一起海上环境污染事故-Exxon Valdez轮事件.疲劳的影响对航行中的船舶来说是非常危险的,因为疲劳能影响驾驶员的思想行为,以及对事情作出判断或解决复杂问题的能力.通过几个案例来阐述疲劳的危害,以引起船舶管理者和操船人员的重视.同时提出了在航行条件下,驾驶员如何采取一些方式避免或减轻自己疲劳的建议.     

大结构模型中多裂纹种类并行疲劳试验方法研究

大结构模型低周疲劳试验周期较长,成本高,一般情况只能通过一只或少量的模型研究裂纹的形成机理和扩展规律,确定裂纹的形成寿命和扩展寿命.文章通过开展裂纹尖端的应力场研究,提出了一种在大结构模型中预制多种裂纹类型同时进行低周疲劳试验的并行疲劳试验方法.利用该方法开展了锥柱结合壳结构模型疲劳试验,得到了该模型的多种裂纹类型的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命试验结果,验证了并行疲劳试验方法的可行性和可信性.     

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。     

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。     

圆筒形生活平台开孔疲劳寿命评估

对圆筒形生活平台主船体结构中的开孔及其周围的加强进行疲劳寿命评估,通过应用子模型技术较好地实现开孔附近结构和网格的细化,选取施加最大动载荷的单一工况来计算最大的应力幅值,结合简化疲劳分析方法对各种疲劳敏感的节点类型进行疲劳寿命评估,结果表明,经加强的开孔,其疲劳寿命满足平台设计寿命的要求.