含损伤结构静力和动力特性的有限元分析

由于海洋特殊环境的影响,船舶与海洋结构物容易受到腐蚀和疲劳等影响,造成结构的局部刚度弱化损伤,本文探讨了船舶常用加筋板结构在不同刚度弱化情况下结构的静力和动力特性变化,并推导了加筋板结构在正交各向异性损伤情况下的有限元列式.对于正交各向异性损伤,采用Kachanov理论,引人了x和y两个方向的损伤系数,并将损伤而形成的各向异性材料的各力学参数通过损伤系数与各向同性材料各参数相关联.本文将损伤参数分为损伤位置、损伤程度和损伤面积三个方面,并分别分析了它们对结构应力、结构固有频率和模态形状的影响.结果表明损伤位置对结构模态和结构应力的分布影响显著,在损伤区域和损伤程度均较小的情况下,距离损伤区域较远部位的应力分布和振型状态均无明显变化.本文建立的方法可以应用到船舶与海洋结构受损强度分析中.     

变幅载荷作用下焊接接头疲劳寿命预测方法

船舶与海洋结构物在其服役过程中受到波浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤.检测结果表明船舶及海洋结构的疲劳热点部位大多数是在构件相互连接的焊缝焊趾处.因此,研究典型接头表面裂纹应力强度因子统一计算方法以及变幅载荷作用下表面裂纹扩展规律对船舶与海洋结构物的寿命预测是十分重要的.本文讨论了裂纹闭合及开口比的计算,在Newman有效应力强度因子计算方法的基础上,提出了考虑因素更全面的有效应力强度因子幅计算式以及变幅载荷作用下船舶与海洋结构物典型焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测模型.     

海上采油平台桩腿同时存在腐蚀与疲劳损伤时的寿命预测

介绍了在海水腐蚀环境中的疲劳寿命试验,给出了试验得出的S-N曲线及da/dN-△K曲线,得出了服役海上平台的桩腿的疲劳损伤计算方法.考虑了海水中的均匀腐蚀损伤及点蚀损伤,给出了这些腐蚀损伤的计算方法.根据疲劳与蚀损伤的综合评价,给出了桩腿寿命的预测方法.     

低周疲劳损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响

为了分析低周疲劳累积损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响,应用连续介质损伤力学方法,将损伤耗散余势和塑性应变理论相结合,建立船舶结构剩余极限强度低周疲劳累积损伤模型,得到老化船舶结构极限强度随低周疲劳累积损伤衰减的规律.运用此模型,给出船舶常用Q235钢材和45钢材剩余极限强度随低周疲劳累积损伤衰减规律的工程应用经验关系式,验证了方法的合理性和实用性,为进一步分析低周疲劳对老化船舶结构极限强度的影响奠定了基础.     

大型船舶结构的疲劳强度校核方法

传统的船舶结构疲劳强度校核一般只考虑高周疲劳而忽略了低周疲劳。随着船舶结构向大型化发展以及最近海损事故的发生,低周疲劳问题引起了船舶行业的广泛关注。Urm等人于2004年对装卸载引起的油轮船体结构的低周疲劳问题进行了研究,并给出了计算方法,但具体的计算结果没有给出,许多问题没有解决,因此有必要对船舶结构低周疲劳的原因及校核方法进行深入的研究。针对这一问题,首先分析了引起船舶结构低周疲劳的原因;其次,对现有的S-N曲线外推得到低寿命区S-N曲线的可行性进行了分析,并将外推得到的低寿命区段曲线和经过试验验证的低周疲劳寿命曲线进行了比较;最后分析了波浪载荷等引起的小幅疲劳载荷以及满载和压载引起的大幅疲劳载荷导致的疲劳损伤的相互作用,从而提出了一种非线性累积计算模型。     

考虑检测维修更新的船体梁时变可靠性分析

目前对服役期内船舶时变可靠性的分析,主要考虑疲劳和腐蚀这两类损伤随时间累积对剖面模数的影响,但很少考虑检测维修因素对损伤的修复作用.本文以某疏浚船为例,通过Matlab软件编程,以船体梁总纵强度为分析对象,建立极限状态方程,定量计算疲劳和腐蚀随时间对剖面模数造成的折减,并定量分析了疲劳裂纹和腐蚀板件检测维修的影响,对船舶的时变可靠性进行分析.计算结果表明,疲劳裂纹和腐蚀损伤随时间累积均会引起船体梁时变可靠度降低,且腐蚀是时变可靠度降低的主要因素;对裂纹和腐蚀板件的检测维修能恢复船舶的可靠度,时变可靠度恢复的效果与裂纹检测精度和腐蚀板件最小允许折减量比率有关.建议在后续研究中将对损伤的检测维修因素纳入分析.     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

考虑检测维修更新的船体梁时变可靠性分析

目前对服役期内船舶时变可靠性的分析,主要考虑疲劳和腐蚀这两类损伤随时间累积对剖面模数的影响,但很少考虑检测维修因素对损伤的修复作用。本文以某疏浚船为例,通过Matlab软件编程,以船体梁总纵强度为分析对象,建立极限状态方程,定量计算疲劳和腐蚀随时间对剖面模数造成的折减,并定量分析了疲劳裂纹和腐蚀板件检测维修的影响,对船舶的时变可靠性进行分析。计算结果表明,疲劳裂纹和腐蚀损伤随时间累积均会引起船体梁时变可靠度降低,且腐蚀是时变可靠度降低的主要因素;对裂纹和腐蚀板件的检测维修能恢复船舶的可靠度,时变可靠度恢复的效果与裂纹检测精度和腐蚀板件最小允许折减量比率有关。建议在后续研究中将对损伤的检测维修因素纳入分析。     

疲劳裂纹损伤下海洋平台结构的极限强度研究

基于多尺度建模方法构建了含裂纹损伤海洋平台结构的混合尺度有限元模型,其包含由壳单元描述的细观节点和由梁单元描述的宏观构件.将该多尺度模型用于研究波流耦合载荷作用下关键节点处焊缝裂纹的扩展规律.并将疲劳裂纹引入整体海洋平台的结构模型,在极端水平(水线处)载荷作用下,研究裂纹分布位置影响结构极限强度的退化规律.研究结果表明:水平载荷作用下,关键节点的斜撑在平行于载荷作用方向产生的裂纹相比于其他部位的裂纹,会导致更为显著的结构极限强度退化;处于结构受拉侧的裂纹,使得结构极限强度退化尤其严重;裂纹分布位置的差异会导致不同程度的极限强度退化,但仅关键节点处的裂纹才会显著削弱结构的极限强度.     

腐蚀影响下深海平台系泊锚链疲劳损伤评估

由于海洋环境的强腐蚀性,海洋工程结构腐蚀成为其疲劳损伤评估的重要影响因素。结构疲劳与腐蚀耦合作用机理复杂,往往需要借助试验和实测数据进行研究,但这些方法周期长、成本高且干扰因素众多,实现难度大。该文用锚链直径损失表征其逐年腐蚀效应,基于时域疲劳计算方法和常用腐蚀模型,探讨了腐蚀要素对某半潜式平台系泊锚链疲劳损伤的影响规律,可为实际工程设计提供理论指导和参考依据。     

对墨西哥湾溢油事故钻井平台申请责任限制的思考

墨西哥湾溢油事故造成重大损失,钻井平台责任限制问题日显突出.移动式钻井平台属于海商法意义的船舶,依据责任限制的立法宗旨,应赋予移动式钻井平台享有油污损害赔偿责任限制的权利,且以"事故制"的计算方法解决责任限额问题.     

腐蚀和裂纹损伤下海洋平台极限强度试验研究

根据墨西哥湾某一典型固定式海洋平台为原型,按照刚度相似性和几何相似性,分别设计并制作了完好模型、腐蚀模型、裂纹模型,并对三个试验模型开展极限强度试验研究,试验结果表明腐蚀、裂纹损伤严重影响试验模型极限承载力,且试验模型失效模式各不相同.同时,采用非线性有限元方法,分别对三个试验模型进行计算,将计算结果与试验结果对比分析,验证了该方法在固定式海洋平台极限强度计算方面的有效性.     

深水管中管结构动态边界条件非线性时域分析

随着海洋油气开发工程作业水深的增加,管中管结构承受的波浪、海流深海环境载荷增大,可能会引发强度破坏以及疲劳损伤,造成重大损失,所以开展深水条件下管中管系统的力学行为分析研究是有必要的。本文考虑了顶部张紧力和动态边界,利用有限元模型来模拟管中管结构及其力学行为。并利用接触单元模拟内外管接触的约束条件。综合统计了管柱的接触碰撞位置和应力危险位置,提出了新型扶正器的布置方案,以达到减缓碰撞保护管柱的目的,并对比了等距离设置扶正器的方案。通过对比研究发现本文提出的扶正方案有效减缓了内外管的应力等级,对于实际工程和研究具有一定指导价值。     

Creep analysis of cementitious materials in seawater using a poro-chemo-mechanical model

With the rapid growth of the offshore engineering sector, studying the durability of offshore structures becomes primordial. Evaluating experimentally the coupling between mechanical and chemical degradation of the cement-based materials and structures is a challenging task because it requires tracking the evolution of the micro-mechanisms associated with the degradation in real time for long periods. To tackle this issue, a numerical approach is proposed, based on the micromechanics and the coupling between a creep-damage model and a chemical model at the microstructural scale. The seawater chemical effect on cement paste is simulated by considering the penetration fronts of the aggressive water and the attack by layers in the material. The aim of this study is to provide a tool for the rapid mechanical evaluation of the offshore structures and therefore a tool that can be used for the optimization and the development of durable marine constructions. The results highlight the competition between protective and damaged layers formed due to seawater attack, and that the global mechanical behaviour strongly depends on the chemically modified phases in the cement paste.     

码头混凝土结构腐蚀损坏的成因分析及维护对策

日照港10万吨级煤炭出运码头于1986年5月投产使用。由于码头所处环境恶劣及建设时设计规范的局限性,目前煤码头混凝土构件已出现不同程度的腐蚀和损坏,其严重程度已影响到码头混凝土结构的耐久性,危及码头混凝土结构的安全,需进行全面维护整修。本文以该码头为例,对港工混凝土结构腐蚀损坏的成因及维护对策作一些分析、探讨。     

考虑载荷流泄时初始裂纹对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响

在船舶和海洋工程结构中,裂纹扩大时的载荷流泄现象已被大尺度疲劳试验中裂纹扩展速度减慢所证实。影响疲劳裂纹扩展的因素具有随机性质,因而研究载荷流泄对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响是有意义的。本文用Paris公式,结合改进的第二水准法,计算了一个实例,给出了考虑和不考虑载荷流泄疲劳可靠性分析的两种结果。结果的区别表明,如果要期望得到更合理的结果,则在船舶和海洋工程结构的疲劳分析中必须计及载荷流泄。     

双2000t多功能半潜海洋工程船船型研发

随着海洋开发设施的不断增加,具有海上平台和结构物拆除、运输、铺管作业、支持与维修等多功能的半潜起重船近年来受到了海洋工程界的广泛关注。分析了一型双2000t起重能力的多用途半潜船的设计方案和总体性能。     

波浪水池中畸形波生成的研究综述

畸形波具有异常大的波高,容易对海洋结构物造成巨大破坏。世界各大海域均有畸形波发生及其引起的海难记录,其生成机理正引起人们越来越多的关注。在实测畸形波时历的基础上,有必要在实验室中实现畸形波的生成,从而揭示畸形波的生成机理及其对海洋结构物的作用机理。目前,国内外许多学者根据畸形波所产生的海洋环境条件提出了多种多样的畸形波成因假说,并相应地形成了多种畸形波生成模型。色散聚集方法通过控制成分波相位使波浪能量定时定点聚集,简单高效,仍为大多数的畸形波生成研究的首选。在此基础上,部分学者提出或应用了迭代方法对畸形波模拟结果进行优化,以修正非线性波波作用引起的相位、幅值偏离。另一方面,薛定谔方程呼吸子解作为畸形波的一个原型,也在畸形波的生成模拟中得到成功应用。该文针对上述畸形波在数值波浪水池或物理水池中的模拟方法作了综述,可为进一步开展畸形波的机理研究及其对海洋结构物作用机理研究提供基础。     

采用简化方法的船体结构疲劳强度校核

本文介绍用简化方法进行船体结构疲劳强度校核的基本原理。这一方法已为中国船级社近期编制的《船体结构疲劳强度指南》所采纳。文中介绍了疲劳载荷的计算,疲劳应力的计算及疲劳累积损伤的计算,并给出例题说明这一方法的具体应用。