综合集成桅杆螺栓连接方式研究

应用ANSYS软件对综合集成桅杆中复合材料和钢材连接部位进行应力分析,采用接触单元模拟螺栓的接触问题。根据6种工况的结果对比分析得出,非等距螺栓布置对降低玻璃钢孔和螺栓的应力水平效果显著,由此得出最优化设计——螺栓间距成比例布置,最优比例为1∶1.2。采用S-N曲线对玻璃钢孔和螺栓疲劳寿命进行了研究。结果表明：成比例间距螺栓布置方式对延长疲劳寿命有益处。     

多场耦合下燃气轮机涡轮盘的寿命预估

为了实现在离心载荷和温度梯度影响下燃气轮机涡轮盘的寿命预估,首先建立了该燃气轮机涡轮盘的有限元模型,并对其进行热弹塑性应力计算,进而找出该涡轮盘疲劳断裂的危险部位,并利用S-N曲线法对该部位进行疲劳寿命计算。该研究可以为燃气轮机后续的使用和维修提供参考依据,同时也对同类型涡轮盘的寿命预估起到借鉴作用。     

桥吊空腹副桁架主梁的剩余寿命估算

用ANSYS有限元分析软件对某桥吊空腹副桁架主梁跨中翼缘板在疲劳计算典型工况下的工作应力进行计算。根据《起重机设计规范》^[1]给出的疲劳许用应力基本值与应力集中情况等级和工作级别的关系、起重机工作级别与利用等级的关系和疲劳许应力计算公式,并利用S－N曲线基本公式,导出起重机结构“安全寿命”的估算方法。由此根据有限元计算结果分析主梁疲劳危险点的部位,推算主梁的剩余“安全寿命”。     

汽轮机转子冷态启动过程的疲劳损伤分析

针对汽轮机高压转子在冷态环境下启动至额定工况的疲劳损伤问题,基于有限元方法,建立针对汽轮机高压转子的三维结构疲劳寿命预测模型,通过热-固耦合分析,得到汽轮机冷态启动过程中温度场和应力场的分布,运用Manson-Coffin公式、Miner线性疲劳累积损伤理论及Timo-Sarney曲线,实现疲劳寿命和疲劳损伤的预测,算例分析某国产135 MW汽轮机高压转子的低周疲劳损伤,结果表明,该汽轮机转子冷态启动过程中,寿命损耗值远小于转子出厂设计分配值,该转子启动方式安全可靠。     

非粘接内波纹柔性管道多轴疲劳分析研究

针对无码头浮式传输系统中的非粘接内波纹柔性管道结构多轴疲劳问题，构建了随机载荷作用下的多轴疲劳分析方法，将管道水动力载荷与应力张量计算结果匹配叠加获得应力变化时程，基于临界平面法计算多轴疲劳寿命。以无码头浮式传输系统在某海域的应用为例，对比讨论了多轴与传统单轴疲劳分析方法，揭示多轴疲劳分析方法在解决非粘接内波纹柔性管道疲劳问题中的机理和优势。相比于传统单轴疲劳分析中不同载荷形式下的最大应力值叠加的基本假设，论文构建的多轴疲劳分析方法采用遍历疲劳热点区域所有单元节点的方式对其应力张量进行组合叠加，提高了最小疲劳寿命值及其环向位置计算的准确性，可为解决复杂海洋管道结构的多轴疲劳问题提供参考。     

岸边集装箱桥式起重机撑管封板疲劳开裂分析

为探究岸边集装箱桥式起重机撑管封板受载情况和焊缝危险位置的疲劳寿命,对65 t/60 m岸边集装箱桥式起重机的典型载荷工况进行分析。计算门框上水平撑管的疲劳载荷幅值,研究撑管封板焊缝的受载情况,应用S-N曲线法计算焊缝的结构应力并分析焊缝危险位置的疲劳寿命。结果表明,最大von Mises应力出现在封板与节点板端部角焊缝的焊趾上。封板焊缝危险部位的疲劳寿命无法满足岸边集装箱桥式起重机安全服役30 a的要求。     

考虑沟槽深度及土体吸力影响的SCR与海床土体循环作用分析

悬链线立管与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大,而管土作用的机理又十分复杂,海底沟槽以及海床土体吸力都会对立管力学特性产生影响,文章以Aubeny等提出的管土作用完整P-y曲线为基础,在有限元分析软件ANSYS中采用非线性弹簧模拟海床土体,计算中考虑了土体吸力;模拟了三种位移幅值下管土循环作用时沟槽深度的变化,分析了沟槽段各点弯矩及应力随深度的变化规律,同时对比了三种情况下管道最深点的弯矩及应力随加载时间的变化关系,为进一步分析管土循环作用提供了参考。     

AH32钢T型焊接接头疲劳强度的试验与数值模拟

对AH32钢T型试件进行疲劳试验,并利用有限元软件对T型焊接接头的应力分布及疲劳寿命进行数值模拟,最终将疲劳试验结果与数值模拟结果对比分析。研究发现,T型焊接接头在焊趾附近处应力值最大,寿命最短。本文研究结果为今后船海结构物的疲劳寿命预测提供了有益参考。     

压弯应力下焊趾表面裂纹疲劳性能试验研究

潜艇耐压壳锥柱焊接过渡结构所受的应力特征为压弯组合应力，该处是潜艇耐压壳疲劳的热点区域。弄清楚压弯组合应力作用下成一定角度对接的焊接板结构试析的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。本文提出用焊接角度板轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇结构耐压壳锥－柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究了焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出了高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。     

蒸汽冷却器强度计算及疲劳分析

蒸汽冷却器是采用直流锅炉的船用蒸汽动力装置的关键设备,主要用于保证直流锅炉汽水系统启停和低负荷工况稳定运行,其安全可靠运行直接关系到整个动力装置的安全可靠性.本文在对蒸汽冷却器传热管进行适当简化的基础上,利用ANSYS软件对蒸汽冷却器的2种载荷工况进行了有限元分析,计算出了每根传热管各个部分的动态应力应变特性,并根据其材料的低周疲劳应力--寿命曲线,对传热管的疲劳强度进行了校核,可以为蒸汽冷却器设备的设计、运行及使用提供技术指导.     

低周疲劳对FPSO结构疲劳寿命的影响

基于挪威船级社《Fatigue Assessment of Ship Structures》(2010),考虑由装载与卸载而引起的低周疲劳,对FPSO船体易发生疲劳破坏的部位进行疲劳寿命评估。采用简化分析法计算由波浪弯矩产生的全局应力与内外水压力产生的局部应力,以及在装卸载过程中产生的应力范围,然后通过S-N曲线计算结构的疲劳寿命。结果表明,不同校核部位的低周疲劳对其疲劳寿命的影响不同,而且这种影响与低周疲劳的次数有关,最后分析产生这些结果的原因。     

钛合金Ti-6Al-4V室温保载-疲劳寿命预报方法研究

在考虑小裂纹效应的基础上提出室温下保载-疲劳寿命预报模型。利用该模型对钛合金Ti-6Al-4V的疲劳寿命、不同应力水平和不同保载时间下的保载-疲劳寿命进行预报,并与相应试验结果进行对比和分析。该模型较好地描述了钛合金材料在不同保载时间和应力水平下疲劳和保载-疲劳寿命变化规律。在相同保载时间下,随着应力水平的降低,保载-疲劳寿命与疲劳寿命之间的差异降低,直至相同(应力为0.6σy)。随着应力水平的增加,保载-疲劳寿命与疲劳寿命之间的差异增加。在相同应力水平下,随着保载时间的增加,保载-疲劳寿命呈指数降低,但存在一个饱和时间值。达到该值后,保载-疲劳寿命保持不变。模型的预报值与相应的试验结果吻合较好,表明该模型对钛合金Ti-6Al-4V的保载-疲劳寿命具有良好的预报能力。     

基于热-机耦合的柴油机气缸套强度研究

为使气缸套的结构设计、制造、强度校核及疲劳寿命分析更加精确化,利用有限元仿真软件,对某型柴油机气缸套在热负荷、机械应力作用下的应力及变形情况分别进行单边界条件计算和热-机顺序耦合计算,并做疲劳分析。结果表明,热-机械顺序耦合下气缸套的最大应力分布于气缸套内表面与上表面交界处,最大值不超过材料的极限应力;气缸套的最小疲劳安全系数满足设计要求,最有可能发生疲劳破坏的部位位于气缸套上部螺栓孔根部所处的高度平面、水套最底面所处平面及气缸套上表面外沿处。     

基于热-机耦合的柴油机气缸套强度研究

为使气缸套的结构设计、制造、强度校核及疲劳寿命分析更加精确化,利用有限元仿真软件,对某型柴油机气缸套在热负荷、机械应力作用下的应力及变形情况分别进行单边界条件计算和热-机顺序耦合计算,并做疲劳分析。结果表明,热-机械顺序耦合下气缸套的最大应力分布于气缸套内表面与上表面交界处,最大值不超过材料的极限应力;气缸套的最小疲劳安全系数满足设计要求,最有可能发生疲劳破坏的部位位于气缸套上部螺栓孔根部所处的高度平面、水套最底面所处平面及气缸套上表面外沿处。     

纤维增强热塑性复合管疲劳性能研究

纤维增强热塑性复合管(FRTP)由于较小的弯曲刚度、较轻的自身质量和良好的抗腐蚀性能等优点,在海洋工程领域具有广阔的应用前景。本文以FRTP为研究对象,首先通过开展拉-拉单轴疲劳实验得到S-N曲线,并基于剩余刚度理论确定FRTP刚度衰减模型。通过Abaqus有限元软件建立FRTP三维有限元模型,利用Fortran语言编写UMAT子程序模拟其在σ_max=80%σ_s、65%σ_s、55%σ_s、40%σ_s等4种应力水平疲劳荷载下的疲劳过程。从应变和变形两方面进行疲劳分析,基于刚度衰减模型对60%σ_s应力水平疲劳荷载下的FRTP疲劳过程进行预测。结果表明管道刚度随着荷载循环周次的增加而逐渐衰减,在疲劳寿命前期,荷载应力水平越高,刚度衰减越快。     

漂浮式潮流电站载体结构疲劳分析

漂浮式潮流电站载体在波浪交变载荷的长期作用下容易产生疲劳破坏,进而带来整体结构的安全隐患,因此在设计初期需进行节点疲劳分析,预测结构工作寿命,并对易疲劳部位结构采取措施以延长使用周期。本文基于谱分析法,应用短期疲劳累积损伤理论和S-N曲线,通过计算两个节点在不同工况与波浪频率组合下的热点应力范围,结合功率谱密度函数,分析了某200k W漂浮式潮流电站在特定海域下的疲劳特性,结果表明疲劳寿命满足使用年限要求。     

漂浮式风电平台动态电缆疲劳寿命分析

针对南海某8 MW浮式风机所配套的35 kV三芯电缆进行疲劳寿命分析，通过理论公式对电缆截面的力学性能进行计算，对其在各疲劳工况下的动力响应进行数值仿真，采用雨流计数法将不规则应力时程响应转化为应力循环周期，并通过Goodman平均应力修正法进行修正，最后结合材料S-N曲线，应用Miner线性累积损伤理论对电缆进行疲劳寿命的分析与评估。分析结果表明该电缆疲劳损伤最大处位于上端出防弯器处，损伤最大结构为铠装钢丝，累计损伤满足服役寿命要求。     

船舶含裂纹焊接结构剩余疲劳寿命可靠性预报

船舶服役期间工程技术人员需要对已检测到裂纹的构件进行剩余疲劳寿命可靠性评估,以便做出维修决策。鉴于基于S-N曲线和累计损伤理论的常规疲劳寿命预报方法对于损伤难以明确定义,本文基于裂纹扩展理论对船舶疲劳热点剩余疲劳寿命可靠性预报方法进行研究。在考虑应力比和应力强度因子幅门槛值的情况下,研究求解裂纹扩展预报的快速数值计算方法。通过与蒙特卡洛模拟相结合,预报可靠性指标随时间的变化曲线、一定存活率下的剩余疲劳寿命等。以油船上某疲劳热点为研究对象,进行剩余疲劳寿命可靠性预报,为工程应用提供参考。     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。     

海底管道悬空评估应用分析

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬空段,悬空段的存在会影响管道的安全运行。文中以渤中海域某管道为例,基于DNV规范,对海底管道允许悬空长度和海底管道疲劳寿命的影响因素（工作内压、海流流速、沟槽深度）进行分析。