海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用AN-SYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性.接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据.相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效.     

基于临界面理论的焊接结构多轴疲劳寿命评估方法

目前多轴疲劳理论难以用于实际工程中焊接结构的疲劳寿命评估.文章将等效热点应力法与双参数临界面理论相结合,提出了一种能够应用于复杂焊接结构的多轴疲劳寿命评估方法.分别阐述了双参数临界面法的损伤参数、控制方程以及等效热点应力的定义,给出了焊接结构多轴疲劳寿命的评估过程,并应用有限元数值模拟验证了该方法的可行性.     

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究（英文）

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用ANSYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性。接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据。相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效。     

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。     

基于CSR有限元分析球扁钢等效方法研究

基于CSR的油船有限元分析中,球扁钢不可以直接进行疲劳及屈曲计算,需将其等效为L型材或T型材。规范要求保证等效前后横剖面面积及惯性矩特性与原球扁钢相同。而且在利用PULS进行加筋板屈曲计算时对其加强筋（如扁钢、L型材及T型材）有尺寸比例限制。依据上述要求建立了球扁钢等效优化模型,并采用相应优化算法进行求解。实例计算结果表明,所用方法基本保证了等效结果满足规范要求,并可以进行屈曲计算,达到工程应用要求。     

FPSO甲板贯穿圆管角焊缝焊根疲劳

对浮式生产储油卸油装置（FPSO）甲板贯穿圆管角焊缝焊根疲劳进行研究。针对传统焊根疲劳工程剪应力计算方法的局限性,提出一种焊喉截面等效剪应力法,借助有限元手段、临界面应力矢量转换与结构应力法联合计算,完成对角焊缝45°焊喉截面等效应力的提取,归纳出适于工程应用的焊根疲劳应力集中系数参数化方程。对某实船FPSO主甲板上典型的贯穿圆管节点进行焊根疲劳预报,得出满足疲劳设计要求的最小焊喉推荐尺寸,计算结果相比采用传统方法所得结果更加准确合理,计算公式适于工程应用。     

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.     

基于船型与区域等级的舰船轴频电场计算

在利用等效点电荷对舰船轴频电场换算时，存在着因等效源位置不够合理而造成误差较大的问题。通过目标船的船型系数与尺度比来确定等效源在各个方向上的布置位置和间距，并根据结构布置特点对目标船的各部分进行分区和分级，确定区域等级权值。有针对性地在各区域内调整等效源布置，提出基于船型与区域等级的等效源位置确定方法，并引入粒子群算法对计算模型进行优化。利用模型实验对所述方法的有效性进行检验，结果表明，基于船型与区域等级的等效源位置确定方法能够较精确地实现对轴频电场信号包络的模拟计算，经粒子群算法优化后误差进一步下降，为轴频电场的预测与仿真计算提供了新的途径。     

集装箱船等效设计波法中疲劳载荷概率系数的确定

为了在应用等效设计波方法时将船体梁载荷规范包络值、运动包络值、加速度包络值转换为疲劳评估载荷,需得到疲劳载荷概率系数这一重要参数。采用基于三维势流理论的水动力计算软件,分析多型集装箱船不同航速及超越概率的载荷长期预报值,得到用于疲劳评估的疲劳载荷概率系数的直接计算值。对直接计算值进行回归分析,拟合出各载荷的概率系数简化公式。结果表明,简化公式比较理想。     

上层建筑压筋板条剖面特性计算与等效转换

为了计算上层建筑压筋板条的局部振动固有频率,根据典型压筋板条形状特征,推导计算压筋板条面积、惯性矩等剖面属性,将压筋板条当作两端简支梁计算其振动固有频率,避免发生共振。当板格跨度与压筋条间距相比较大时,能满足工程精度要求。采用有限元法预报船舶总振动固有频率和局部强迫振动响应,需要基于剖面特性等效原理,将计算得到的压筋板条剖面特征值等效转换为T型材加筋板,用于有限元建模。通过编写转换程序,从保证振动特性一致性角度考虑,保持转换前后的面积和惯性矩一致,取中和轴高度与原压筋板中和轴高度最接近的T型材作为等效替代。由于压筋板比传统加筋板生产制造更为便利,目前越来越多的大型船舶上层建筑内围壁采用压筋板的型式,研究成果可以为压筋板的设计和振动评估提供参考。     

预应力等效荷载计算方法研究

预应力混凝土桥梁设计中将预应力作用转换为等效荷载的方式在桥梁结构分析中应用越来越广。根据作用力与反作用力的原理,推导了预应力等效荷载的计算公式及方法,该方法具有计算效率高的优点,适用于有限元编程电算,可用于空间预应力效应的计算,并附有算例。     

倾斜荷载下基桩P-Δ效应等效弯矩有限元迭代法

假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,引入等效附加弯矩概念,提出了基桩P-Δ效应的等效弯矩有限元迭代法,编制了Matlab分析程序,并结合算例对成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向荷载综合作用下基桩内力位移进行了分析。结果表明:等效弯矩有限元迭代法用于倾斜荷载下基桩P-Δ效应计算分析是有效的;当墩身较高时,墩身倾斜、墩顶偏心弯矩、水平力等对基桩产生的P-Δ效应显著。     

船舶环形供电网络的短路电流计算

船用环形供电网络短路电流的研究目前处于初级阶段，本文使用等效发电机法和状态方程迭代求解法对环形网络的短路电流进行了研究。等效发电机法可通过发电机与阻抗串联等效和不同型号发电机并联等效将网络简化，从而求得短路电流。迭代求解法中，供电网络模型由状态方程表示，离散后求解，仿真中利用了MATLAB的强大数值计算功能，方便地分析各支路电流。最终给出了两种方法得出的计算结果及仿真曲线，为研究更复杂的环形及网型网络短路电流打下了基础。     

一种复合材料加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法

复合材料加筋夹芯板作为复合材料基本板架结构力学性能分析单元,是由夹芯板和加强筋组成,其蒙皮由不同厚度、不同材料和一定铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,将蒙皮等效成正交各向异性层合板,推导一般情况下的复合材料加筋夹芯板中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,将加筋夹芯板截面等效成单一材料的组合截面,提出复合材料加筋夹芯板弯曲正应力的工程计算公式。复合材料加筋夹芯板各部分的最大弯曲正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。本文提出的加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法,与有限元计算结果十分接近,主要弯曲正应力计算值与有限元值误差不超过10%,可以满足工程上的计算要求。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,给掌握复合材料板架结构应力水平带来方便。     

施工双悬臂状态双幅高墩刚构桥等效风荷载

现有的施工双悬臂状态刚构桥等效风荷载计算方法较为复杂,不便于工程应用,文中针对一双幅高墩刚构桥施工双悬臂状态,通过对其脉动风荷载背景响应和共振响应进行简化计算,给出了墩底横桥向弯矩和剪力的阵风响应系数分布规律,以及等效风荷载加载方式,通过与已有理论和国内外相关规范方法的对比分析,表明本文方法的正确性,并具有足够的精度,现有规范在计算双幅高墩刚构桥等效风荷载时由于没有考虑共振响应而导致结果略小。     

基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的＂奇异权函数法＂和＂奇异等效裂纹法＂的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的＂奇异应力集中系数＂函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的＂奇异应力等效取值点＂的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。     

自平衡试验等效转换的附加压缩量修正

提出一种新的自平衡试验数据简化等效转换方法,它考虑了自平衡加载方式下底层荷载箱以上桩体发生的压缩量及其转换后桩顶加载方式下的压缩量,对等效转换的桩顶位移进行附加压缩量修正,并给出了单层及双层荷载箱的计算公式;算例对比分析表明,这种方法比其他他简化转换方法确定的极限承载更准确,而且有更高的等效转换曲线相似性。     

基于等效截面的复合材料板格弯曲正应力计算方法

复合材料板格作为复合材料基本板架结构力学性能的最小分析单元,是由不同厚度、不同材料和不同铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,推导一般情况下的复合材料板格中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,提出复合材料板格各单层弯曲正应力的计算公式。复合材料板格各单层的最大正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,从而将弯曲正应力计算公式由各向同性材料扩展到各向异性材料,为掌握复合材料板架结构应力水平提供方便。此公式形式简洁,便于工程应用。     

多轮印载荷下车辆甲板板厚设计研究

各主要船级社规范针对车辆甲板的板厚公式一般基于单轮印给出,多轮印情况下多用等效的方式处理。本文首先根据规范的规定,总结出两种具有代表性的将多轮印载荷等效为单轮印的方法,然后基于线弹性理论,利用数值模拟手段对这两种等效方法在某典型轮印和板格尺寸下的情况展开了研究,并对这两种方法的合理适用性以及安全水平进行了讨论。     

连续刚构桥静载试验分析与研究

采用等效加载车辆法对连续刚构桥进行静载试验。结果表明：各工况下,所测得的结构各控制截面的主要测点位移、控制应变的结构校验系数均小于1.05,强度和竖向刚度均满足设计和使用要求;各工况下,全部荷载卸除后,残余变形与量测的总变形的比值小于20%,结构处于弹性工作状态。