疲劳累积损伤下海洋平台加强管节点的可靠性分析

对疲劳累积损伤下海洋平台加强管节点的强度衰减进行了分析,得到了疲劳载荷和冲剪载荷作用下加强管节点各失效模式的当量寿命。在此基础上,综合考虑了冲剪载荷和疲劳载荷的相互作用,建立了节点寿命安全余量方程,计算了节点的可靠性指标和失效概率。通过算例计算了某导管架上一加强管节点在服役一定年限后,在地震和正常服役情况下的强度可靠性,以此判断节点加强环的选择尺寸是否满足要求。分析表明,提出的分析和计算是符合工程实际的,它为加强管节点在同时考虑冲剪失效和疲劳失效作用时的可靠性分析提供了一个合理方法。     

随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展

船舶等许多工程结构在服役过程中的受载荷历程是一个随机过程.而变幅载荷下的载荷相互作用对疲劳裂纹扩展寿命将产生显著的影响.因此研究随机载荷作用下的裂纹扩展及定量计算对船舶结构的疲劳寿命预测的可靠性是十分重要的.该文提出了一个基于有效应力强度因子,以应力比和裂纹尖端塑性区尺寸为主要参数的随机载荷作用下疲劳寿命预测模型.该模型用于预测几种载荷谱作用下的裂纹扩展试验,结果表明预测结构和实验结果符合得很好.     

基于总应变能的多轴疲劳模型研究

该研究提出一种多轴疲劳寿命预测模型。结合现有的几种多轴疲劳模型的优点和不足之处,分别对正应变能部分和剪应变能部分做出了修正,提出了一个能够适用于多种载荷形式的多轴疲劳寿命预测模型。该模型通过求解莫尔圆把剪应变幅作为临界面判定参量,把临界面上的总应变能作为损伤参量。运用SNCM630合金钢、纯钛和钛合金等4种材料的疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,尽管材料特性和载荷形式各异,但所有的预测寿命基本都落在了试验寿命两倍的公差带以内,这证明提出的新模型具有较高的预测精度。     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测。因此,文章重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法。采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命。文中算例表明了该方法的实用性和简便性。     

服役中后期海洋平台的安全寿命评估与维修决策

平台在服役过程中受到海浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤,因而海洋平台结构的完整性、安全可靠性评估对于后期及超龄服役的海洋平台来说是十分重要的.科学合理地制定海洋平台的操作及检维修策略是平台安全经济运行的保证.相关研究和观测表明海洋平台结构的疲劳热点部位是在构件相互连接的连接焊缝焊趾处.其疲劳进程是焊趾处萌生裂纹或已存在裂纹类缺陷在疲劳载荷作用下形成长裂纹及其之后的扩展直至临界裂纹尺寸而失效.这一失效模式的结构可以采用基于断裂力学的安全评估和寿命预测方法进行评估,而且该失效过程的各个阶段都可以采用无损检测的方法对裂纹进行检测,检测结果可作为前次评定的验证又作为当前评估及寿命预测的输入,为后期或超期服役平台的安全性评估并由此制定该平台的操作及检维修策略提供方法和手段.     

焊接结构多轴疲劳寿命预测结构应力法

海洋工程焊接结构形式复杂且遭受随机波浪载荷作用,焊接接头多数处于多轴疲劳状态,而目前工程上主要采用基于单轴疲劳理论和试验的方法预测结构的疲劳寿命。为了提高焊接结构疲劳寿命预测的准确性,文章提出了一种评估焊接接头疲劳强度的新型结构应力法,并与临界面理论相结合,能够用于实际焊接结构的多轴疲劳寿命预测。通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析,证明了文中提出的结构应力法比传统的热点应力法具有更高的精度,以及该方法应用于焊接结构多轴疲劳寿命预测的可行性。最后,应用该方法对一个T型管节点进行了多轴疲劳寿命计算。     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

基于滑轮试验台的钢丝绳弯曲疲劳试验研究

钢丝绳的使用寿命是钢丝绳行业内重点关注和研究的核心问题。而在钢丝绳-滑轮系统中,钢丝绳失效的主要型式是弯曲疲劳损伤。本文针对钢丝绳的简单弯曲、角度弯曲和反向弯曲等三种典型弯曲类型特点,专门设计了五滑轮弯曲疲劳试验台。通过调整钢丝绳工作行程和试验载荷,旨在研究钢丝绳在简单弯曲、角度弯曲和反向弯曲中的疲劳寿命。提出了反向弯曲相对简单弯曲的折算方法和折算系数,得出钢丝绳简单弯曲的总寿命次数与载荷的相关函数,为钢丝绳在特定条件下的使用寿命预测提供了试验数据支撑和计算方法。     

某型机载电子设备无失效数据可靠性研究

针对寿命试验过程中未出现失效样本,传统的可靠性分析方法不适用于分析该类产品可靠性的情况,以某型机载电子设备的无失效数据可靠性分析为例,采用贝叶斯无失效数据可靠性评估方法,并综合考虑失效率上限分析其可靠性水平。该方法的预测结果与试验数据相符,在一定置信水平下具有较高的预测精度。     

新型钛合金材料疲劳寿命试验及预报方法研究

为保障我国深海载人潜水器耐压壳结构安全性,本文针对耐压壳用新型钛合金的疲劳特性开展了不同应力水平下疲劳裂纹扩展门槛值试验以及疲劳寿命试验研究;获得了新型钛合金材料在载荷比R=0.1下的门槛值以及不同应力水平下该材料的疲劳寿命值;并基于断裂力学方法,对新型钛合金材料疲劳裂纹扩展行为进行了预报研究,将预报结果与相应试验结果进行了对比,从而验证预报方法的可行性和可靠性.     

两级交变载荷下船体结构典型节点疲劳试验研究

江海直达船属于浅吃水大型宽船,往复航经江段和海段,其疲劳问题不容忽视。将江段和海段载荷简化为小和大2级交变载荷,选取较为典型的船底纵骨贯穿横舱壁节点,通过对比试验探讨2级交变载荷对该船疲劳寿命的影响。试验结果表明,在试验工况下,变幅载荷中的大载荷是导致裂纹扩展的主要因素,小载荷的参与会降低大载荷作用下裂纹扩展的速率。采用等效应力法对变幅载荷下节点的疲劳寿命进行评估,发现采用Miner准则所得结果偏保守,采用均方根法所得结果偏危险,采用修正的Miner准则所得结果精度较高,推荐采用该方法评估2级交变载荷下船体结构典型节点的疲劳寿命。     

海洋平台结构系统疲劳可靠性分析的一阶二次矩方法

本文提出了海洋平台结构系统疲劳可靠性分析的一阶二次矩方法，海洋平台结构系统中疲劳破坏的失效途径用一由若于失效单元组成的并闻系统来模拟，失效单元代表了平台结构中易发生疲劳破坏的管节点，文中寻出了失效单元依次破坏时的疲劳寿命与它们在其他单元均未破坏下的疲劳寿命之间的一船关系式，并用一阶二次矩方法计算上述并联系统的失效概率。     

管节点在面内弯曲载荷下的静力与疲劳试验研究

本文介绍了一组5个大尺度T型管节点在面内弯曲载荷下进行静力和疲劳试验研究的概况。研究了热点应力范围概念及现有S－N设计方对承受面内弯曲载荷的管节点的适用性。给出了应力分析和疲劳试验的主要结果，也给出了曲型的裂纹扩展特性，并将试验结果与轴载下的试验结果进行了比较。面内弯曲载荷下的管节点，应力分布趋于均匀，应力集中系数显著下降，疲劳寿命只有随轴载的管节点的疲劳寿命的50％左右。     

基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）的深潜器载人舱疲劳可靠性分析

疲劳是承受循环载荷的金属结构最重要的失效机制,现已有多种金属疲劳寿命预报方法。实际的设计、制造、加工和操作等工序环节中总是存在不确定性,这些不确定性的影响将在结构的疲劳寿命中富集,为此发展了疲劳可靠性分析。该文讨论了将疲劳可靠性分析方法和统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）相结合的可行性,为海洋结构物的安全使用提供参考。文中的极限状态方程是基于统一的疲劳寿命预报方法（UFLP）得到的,并讨论了其中各参数对疲劳寿命的影响;针对一组TC4-ELI的疲劳裂纹扩展数据,分别采用Monte-Carlo法和JC法开展了疲劳可靠性分析,两种分析方法得到的结果彼此符合得较好。     

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。     

内能式转管舰炮活塞杆断裂原因计算分析

以试验中某内能式转管舰炮活塞杆断裂出发,通过分析内能式转管舰炮的结构原理,建立该活塞杆断裂原因分析的故障树。首先排除了自动机卡滞、供弹系统卡滞及零件生产加工不合格等因素,只剩疲劳寿命不足及异物卡滞两因素待确定。通过理论计算得到活塞杆在工况下的脉冲载荷,通过计算编辑得到活塞杆材料疲劳寿命S-N曲线,并建立了活塞杆在载荷工况下的强度分析,最后基于Design Life疲劳寿命软件分析平台,预测了活塞在工况下的循环寿命为14 880次,高于设计循环寿命的1.5倍多,结合断裂活塞理化分析结果排除了设计寿命不足因素。最终确定主要原因为异物卡滞。此活塞杆断裂原因分析过程中采用的分析思路、仿真手段、实验方法对工程同类问题分析具有一定的参考价值。     

载人潜水器观察窗研究综述

为解决载人潜水器观察窗的变形协调和疲劳寿命预测等技术难题,对观察窗的材料、失效模式、结构形式、安装和密封以及载荷谱进行了详细论述,并综述了国内外的研究现状。国外学者从上世纪中期从事这方面的研究且已取得很大进展,我国随着"蛟龙"号成功研制,也开始进行观察窗的理论和试验研究。丙烯酸塑料蠕变机理,疲劳寿命预测、裂纹扩展研究以及寻找新材料将成为未来主要的研究方向。     

高强度钛合金深潜器载人舱在三种不同类型载荷下的裂纹扩展预报

随着安全性要求的提高,深潜器耐压舱的疲劳寿命评估变得越来越重要。对于耐压舱,在其服役期间经历的载荷历程包括扰动疲劳载荷和相对稳定的蠕变载荷,目前尚未有公认合适的模型来描述这一载荷谱历程。传统疲劳寿命预报方法通常忽略蠕变效应导致疲劳寿命预测较大的不确定性。为了更清楚地理解这一机理,该文对深潜器耐压舱用β-退火钛合金TC4 ELI的裂纹扩展率进行了理论分析,分别引入了三种类型载荷作用下的裂纹扩展率模型。并开展了在包含过载和保载载荷的一系列循环三角载荷下的疲劳裂纹扩展试验,对理论模型进行了验证,为合理评估深海载人潜水器的疲劳寿命提供了基础。     

海洋平台结构系统疲劳可靠性分析方法

本文研究了海洋平台结构系统疲劳可靠性评估方法。文中对平台结构简生管节点疲劳可靠性分析模型进行了简单的评述，在该模型的基础上，建立了用S－N曲线模型与断裂力学模型分别计算平台完好管节点及有初始裂纹管节点疲劳寿命的平告结构系统疲劳可靠性分析模型。作为一个算例，文中运用作者开发的程序系统，对一固定式导管架平台进行了疲劳可靠性计算。     

舰船燃气涡轮叶片三维热流固耦合应力应变分析及寿命预测

为提高燃气轮机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的寿命预估与减损控制研究,需要对燃气轮机的关键零部件进行结构特性分析。对舰船燃气轮机涡轮叶片在紧急升工况载荷谱下的应力应变状态进行了三维热流固耦合有限元分析,针对典型载荷谱计算了涡轮叶片应力应变的变化规律,对涡轮叶片材料进行了控制应变试验,为叶片寿命预测提供了必要的参数。根据应力应变分析结果利用Basquin公式和Manson-Coffin公式计算了2个危险点处的疲劳裂纹起始寿命。并根据分析结果对涡轮叶片进行了寿命预测,预测结果可以作为燃气轮机使用维修的参考依据。