Probabilistic fatigue analysis of marine structures using the univariate dimension-reduction method

Probabilistic fatigue analysis of offshore structures requires the numerical simulation of a huge number of loading cases to compute the long-term multi-dimensional integral associated to the fatigue damage assessment. This paper proposes the implementation of the univariate dimension-reduction method developed by Rahman and Xu [1] in order to compute the long-term fatigue damage more efficiently. This method is particularly attractive because it reduces significantly the number of simulations by decomposing the N-dimensional integral associated to expected long-term fatigue damage assessment into the sum of N one-dimensional integrals. In addition, this paper compares the univariate-dimension reduction method with the brute force direct integration methodology and other methods based on Taylor expansions, such as perturbation approach and asymptotic expansion method discussed by Low and Cheung [2]. Two comprehensive examples are included to show the effectiveness of the method. At first, the performance of the univariate dimension-reduction method is evaluated by assessing the fatigue damage of a theoretical structure represented by a single stress response amplitude operator (RAO). Then, in order to show a case of practical application, the fatigue damage is evaluated for a Steel Lazy Wave Riser (SLWR) connected to an FPSO in a water depth of 2200 m.     

基于有限元的尼龙板热膨胀性能分析

尼龙材料由于其良好的机械性能及热性能而被广泛应用于各种生产领域,了解掌握尼龙板材在不同温度环境下的热膨胀变形对于设备的维护和保养十分重要。本文从材料的热膨胀理论出发,以有限元的理论为基础,详细讨论尼龙板材在不同温度下发生的热膨胀变形,通过有限元仿真分析尼龙板材在不同温度下的热膨胀性能,得出尼龙板在一定温度范围内的热膨胀变化规律。     

约束对隧道二次衬砌早期温度应力分布的影响

为了解决隧道工程渗水问题,基于某隧道工程,采用MIDAS-GEN对其二次衬砌早期模筑混凝土进行非稳定温度应力场以及周围约束进行研究。研究结果表明:约束可以改变隧道的早期拉应力场的分布,具有外围约束的隧道二次衬砌的拉应力为隧道厚度中间最大,无约束隧道的拉应力为外部最大,约束可以减小隧道外部区域的拉应力,使得远离约束区域的拉应力变大,而无约束隧道的拉应力分布与之相反。根据温度应力分布特点,建议在设计方面适当增大二次衬砌中间与外侧的配筋,在施工方面减小初期支护与二次砌衬之间约束等。     

基于发动机台架考核方法的气缸盖高周疲劳特性研究

依据发动机台架考核规范,运用疲劳强度理论,对某铸铁气缸盖进行高周疲劳强度评估。明确温度和应力随考核工况改变的变化行为,研究气缸盖各区域受工作载荷的影响状况,为缸盖寿命评估模型提供载荷边界。结合疲劳理论,在考虑材料修正的基础上进行了疲劳特性分析和损伤状况分析。分析表明,气缸盖各区域的疲劳安全系数均大于1,视为安全,但冷却钻孔区域的安全裕度较小。     

基于名义应力法的动车组车体净水箱吊装部件疲劳强度分析

针对高速运行动车组车体悬挂设备振动疲劳损伤问题,以某型动车组车顶净水箱吊装结构为研究对象,采用名义应力法对吊装结构的焊缝部位进行疲劳强度评估.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,采用有限元法计算了各工况下结构的振动响应,并基于BS标准计算了焊缝疲劳评估点的寿命.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程,采用Fe-safe软件对焊缝的疲劳寿命进行了仿真分析.两种方法分析结果均表明:焊缝1与焊缝2寿命最低,是结构最易发生疲劳破坏的位置;焊缝位于筋板表面的焊趾寿命低于位于主支撑板表面的焊趾寿命.     

高速铁路声屏障在列车脉动风载荷下的强度计算

为了得到高速列车声屏障在列车经过时的受力规律,建立了声屏障的外流场模型和有限元模型。利用流固耦合技术,计算分析了声屏障的三维动态流场和结构模型,得到了列车风气动力特性和H钢立柱的受力规律。计算结果表明:列车经过时声屏障受到的压力为一个随时间变化且不均匀分布的面载荷。H钢立柱发生弯扭组合变形,弯矩扭矩各经历两次换向。每当列车经过一次,等效应力产生四个脉冲。H钢立柱受到的应力不大,可能出现疲劳破坏。     

船舶甲板分段纵骨焊接变形和残余应力数值模拟

基于非线性分析软件Abaqus,采用顺序耦合的热弹塑性有限元方法研究典型船舶甲板分段纵骨焊接的变形与残余应力问题。焊接过程中的温度场分析采用具有截面积分shell单元的shell/solid模型,移动热源为高斯分布与均匀体组合热源,材料考虑应变随温度变化的特性。通过与T型接头焊接实验结果对比,验证了方法的可靠性。在此基础上,计算分析了甲板分段纵骨焊接的整体变形和局部板格变形,并讨论了外板纵向和横向焊接残余应力分布规律。     

循环载荷下考虑累积塑性影响的含中心穿透裂纹板CTOD研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。研究表明,基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

西非海域FPSO多点系泊系统的疲劳寿命分析

文章首先采用三维频域理论分析西非海域FPSO的水动力性能,得到船体各自由度的运动响应,慢漂载荷,附加质量和势流阻尼等;随后,利用分块法将波浪散点图离散为若干个海况,基于准动态方法对多点系泊系统进行分析,得到各海况下船体的漂移和各系泊缆的张力;最后,结合前两步的计算结果,采用T-N曲线,雨流计数和Miner线性累计损伤理论对系泊缆的疲劳寿命进行预报。研究结果表明,各系泊缆的疲劳寿命沿长度方向的分布趋势基本一致,锚链顶端和触底部分的疲劳寿命较短。此外,西非海域的涌浪对系泊缆的疲劳损伤较大,系泊设计时应予以重点关注。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。