实用船舶结构疲劳评估方法概要

船舶结构的疲劳评估是船舶力学的主要研究领域之一。本文对常用的船舶结构疲劳评估方法——船级社提出的简化方法、谱分析法、设计波法、断裂力学方法,以及概率S-N曲线和概率断裂力学方法进行了概述。首先分别对每种方法中的关键技术细节进行了较为详细的论述,给出了这些技术细节当前的处理方法及存在的主要问题。最后,对各方法进行了总结和概括,指出了每种方法的优缺点,并给出了每种方法未来的研究重点和发展方向。     

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。     

船体结构S-N曲线选取方法

疲劳失效是船体结构破坏的主要模式之一。可采用S-N曲线法计算船体结构的疲劳寿命,S-N曲线的选取是该方法的关键内容之一。由于实际应用中可供选择的S-N曲线有限,无法全面涵盖所有类型的节点,规范中S-N曲线对于新型节点形式的适用性有待进一步研究。本文对S-N曲线的类型因子进行研究,提出采用热点应力集中系数选取S-N曲线的一般原则。并计算2种典型节点的应力集中系数,将其与规范值进行比较,发现计算值普遍小于规范值,按规范计算所得的疲劳寿命将趋于保守。     

水面船舶结构振动问题的评估方法

为了解决某船试验中船体异常振动的问题,技术人员以船体结构有限元模态分析为基础,结合经典传递率或耦合度模拟和水面船舶主要激励源诊断,提出了局部船体结构出现异常振动的可靠评估方法,该评估方法的实用性及可靠性也得到了实船航行试验的结果验证。     

大型LNG船舶结构疲劳强度评估研究

基于S-N曲线和Miner-Palmgren线性累计损伤理论,根据BV船级社规范以及GTT文件要求,针对大型No96薄膜型LNG船舶开展了结构疲劳强度评估研究.评估了某150 000 m3 LNG船典型中横剖面的纵骨与横向主要支撑构件的相交处节点的疲劳强度,除两个节点外都满足40年的疲劳寿命要求.讨论了通过改进疲劳节点的结构形式来提高疲劳寿命的方法.     

建立船体结构疲劳设计曲线的贝叶斯方法

基于船体结构疲劳试验的小样本特点,探讨了建立疲劳设计曲线(S-N或P-S-N曲线)的贝叶斯方法.将传统疲劳模型中的未知参数处理成离散型随机变量,利用贝叶斯公式求出参数向量的后验概率密度,在此基础上建立不同存活率下的贝叶斯疲劳设计曲线方程并编程求解.算例表明,贝叶斯方法不仅弥补了样本小带来的统计误差,而且合理解决了疲劳试验数据中的越出问题.     

建立船体结构疲劳设计曲线的贝叶斯方法

基于船体结构疲劳试验的小样本特点,探讨了建立疲劳设计曲线（S-N或P-S-N曲线）的贝叶斯方法。将传统疲劳模型中的未知参数处理成离散型随机变量,利用贝叶斯公式求出在数向量的后验概率密度,在此基础上建立不同存活率下的贝叶斯疲劳设计曲线方程并编程求解。算例表明,贝叶斯方法不仅弥补了样本小带来的统计误差,而且合理解决了疲劳试验数据中的越出问题。     

船舶结构疲劳评估设计波法

以散货船船舯内底与底边舱斜板折角处节点为例,对船舶结构疲劳评估的设计波法进行研究.论述了设计波法的基本原理,给出了确定设计波的流程。通过分析该节点的受力情况,确定5个控制载荷参数及设计波参数。以谱分析法得到的参考应力范围为目标值,对5个控制载荷参数对应的设计波作用下的节点应力范围结果进行回归分析,从而得到了用于疲劳评估的设计波组合,并利用该方法对1艘散货船的船舯内底与底边舱斜板折角处的节点进行了计算。结果显示,设计波法与谱分析法的结果吻合较好,计算量大幅减少。     

船用铝合金5059的典型焊接节点疲劳试验和寿命预报方法研究（英文）

与传统的5083或6082系列铝合金相比,5059铝合金材料具有更好的力学性能和耐腐蚀性。但目前的焊接规范或船级社规范缺少相应的疲劳等级曲线,不利于船用铝合金5059结构的疲劳评估。同时,薄板铝合金的焊接结构存在较大的初始焊接缺陷,导致焊接拐角处的应力集中效应更加明显。较大的焊接变形给拐角附近应力集中效应和疲劳强度的精确评估带来了较大挑战。本文设计了四种典型的船用焊接接头开展疲劳试验,并将获得的疲劳数据用于拟合得到相应的疲劳等级曲线。在此基础上,进一步验证了名义应力、热点应力、有效缺口应力和缺口应力强度因子法评估对接、十字、T型焊接接头疲劳寿命的准确性和可靠性。此外,一些量化的结论可以用于指导船用铝合金5059焊接结构的应力场和疲劳评估。     

舰船结构强度评估方法

生存能力是舰船设计中要考虑一个重要因素,因主结构有破损的可能性,从而导致特殊的结构设计方案。对给定威胁目标造成的破损计算的基础是实用有效的,舰船完整状态和破损状态下的极限强度计算工具也是有效的,计算结果是一致的。可以应用两种方法来测定舰船因作战损坏造成的适航性下降。上述结果可在设计中进行考虑,并作为必要的改进。为了防止舰船与敌人遭遇后基本结构部件发生大变形或破坏,因总纵强度丧失而造成灾难发生事故,     

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。     

不同腐蚀修正方式对LNG船疲劳强度评估的影响

船舶航行于江河湖海且装载各种货物,这决定了其构件常常承受交变载荷和腐蚀环境的共同作用,进行疲劳强度评估时必须对腐蚀介质的影响加以考虑。依据中国船级社2013年版《船体结构强度指南》,对某LNG船底边舱折角的节点疲劳强度进行了计算,分别采用腐蚀修正系数,腐蚀条件下S-N曲线和扣除腐蚀余量等三种修正方式来考虑腐蚀对疲劳强度评估的影响。研究表明,采用腐蚀条件下S-N曲线方法校核最为苛刻,扣除腐蚀余量1.5mm的结果和腐蚀修正系数1.08的结果接近。     

损伤舰船结构安全性评估

损伤舰船的承载能力和环境载荷涉及许多不确定因素。为评估某舰损伤情况下的结构安全性,提出了基于极限强度和极值载荷的损伤舰船结构可靠性模型,分析了损伤舰船极限强度和极值载荷的统计特征,采用拉丁超立方抽样与条件期望和对偶变数相结合的方法进行可靠性分析。可靠性分析结果表明损伤舰船目标裕度可取0.75。     

液化石油气船疲劳强度校核方法

提出了改进的ＦＡＳＳ（Ｆａｔｉｇｕｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）评估系统,使之适用于液化石油ＬＰＧ,Ｌｉｑｕｉｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）船船体结构的疲劳寿命校核。该系统从疲劳分析的基本原理出发,以疲劳累积损伤度公式为理论基础,可对船体结构进行疲劳寿命校核。通过对１６５００ｍ＾３ＬＰＧ船的验算,表明改进后的方法能有效评估ＬＰＧ船舶体结构的疲劳寿命。     

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。     

薄膜型LNG船交变温度载荷下疲劳分析

海上环境引起的船体外板温度昼夜交替变化及装卸载会造成薄膜型LNG船温度应力交替变化。采用综合温度折算法确定船体外板典型昼夜温度,并针对薄膜型LNG船温度场分析建立三舱段有限元模型及底边舱折角区域精细模型,采用子模型法计算出各典型温度下的结构温度应力。研究结果表明底边舱折角处温度应力与船体外板水线面上下的温度差异呈良好的线性关系,船体外板温度的日周期性变化及装卸载引起的温度交变应力对船体结构疲劳强度影响不大。     

甲板船总纵强度计算的两种方法对比

分别运用水动力计算结合全船有限元方法以及薄壁梁理论计算89 m甲板船的总纵强度.结果的比较分析表明,两种方法都能适用该类船型.     

西非海域外输系统中输油管的疲劳分析

外输系统在深水油田开发中得到了广泛应用,而其中输油管的疲劳问题是外输系统设计分析的关键。针对西非深水海域外输系统中的输油管展开疲劳特性分析,基于典型西非海况下外输系统整体时域耦合分析结果,对输油管时域应力曲线采用雨流计数法进行分析,然后根据合适的S-N曲线和Miner线性准则对输油管进行疲劳损伤计算。分析内容包括西非海域不同的环境条件对输油管疲劳的作用,穿梭油轮系泊情况下输油管的疲劳特性并考虑了横向升力对于输油管疲劳损伤的影响等。通过分析得出与输油管疲劳特性相关的环境参数及造成输油管疲劳损伤的主要因素,为输油管的设计与分析提供参照。     

LNG燃料船储气罐疲劳强度计算

基于IGF规则对LNG燃料船储气罐疲劳强度分析的相关要求,结合CCS相关规范指南中的拟合经验公式,对船用储气罐的疲劳强度评估方法进行了研究,推导了累积损伤计算的简化公式并通过算例同CCS《船体结构疲劳强度指南》中的经验公式进行了简单对比。结果表明,简化公式可有效的对疲劳累积损伤度进行计算。     

小水线面双体船疲劳强度的规范计算法研究

针对某小水线面双体船,分别采用CCS和DNV相关规范进行疲劳强度评估。充分考虑小水线面双体船的船型特点,对各疲劳规范计算中的难点和差异作了探讨,给出了有关规范使用的一些建议。计算结果对小水线面双体船的疲劳分析和结构设计提供了参考。