低温下HTS-A钢疲劳裂纹扩展速率预报方法研究

针对低温下船用HTS-A钢的疲劳裂纹扩展行为,本文采用25 mm厚HTS-A钢CT试样为研究对象,开展常温及不同低温环境下疲劳裂纹扩展试验。在试验研究的基础上,提出包含温度项的改进McEvily公式的低温疲劳裂纹扩展预报方法。结果表明:随着温度的降低,HTS-A钢的疲劳裂纹扩展速率逐渐降低。在-60℃时,HTS-A钢的低温疲劳裂纹扩展速率没有出现低温脆断,试验结果可为船用HTS-A钢低温疲劳设计提供数据参考。同时,分别采用本文HTS-A钢低温试验数据和文献中的钛合金低温试验数据验证低温疲劳裂纹扩展速率预报方法的合理性及正确性,该方法可用于预报不同低温环境下金属疲劳裂纹扩展速率。

焊接残余应力重分布与裂纹扩展的耦合分析

焊接残余应力对于焊接结构疲劳寿命影响明显,同时焊接残余应力并不是一成不变的,随着裂纹扩展会发生重分布。因此,开展焊接残余应力重分布和裂纹扩展的耦合研究对于准确预测焊接结构的疲劳寿命至关重要。本文基于热弹塑性有限元法与扩展有限元法(XFEM),提出考虑焊接残余应力重分布和裂纹扩展耦合的疲劳寿命分析方法。以TC4钛合金拉伸疲劳试样为例,结合扩展有限元法,研究焊接残余应力随裂纹扩展的重分布情况,循环迭代计算得到裂纹扩展过程中裂尖前方焊接残余应力分布,以及焊接残余应力重分布下的疲劳裂纹扩展a-N曲线。计算结果表明,裂尖处焊接残余应力会随裂纹扩展先增大后减小,相比于将焊接残余应力视为恒定值,考虑焊接残余应力重分布的扩展有限元疲劳寿命分析方法能更准确地预报焊接结构疲劳寿命。

基于模型拖曳试验与CFD阻力计算的自升式平台主机功率估算

为了确定具有自航能力的自升式平台主机功率,分别采用缩尺比模型拖曳试验与CFD数值计算两种方法计算设计航速下平台模型的静水阻力,分析阻力中各主要成分的比重,结合实尺度平台CFD计算结果对实际平台的阻力和主机功率进行估算,试验与数值分析结果均表明,平台首部存在水流堆积现象,平台的粘压阻力较大,占总阻力中的比重也大;采用二因次法从缩尺比模型阻力推算到实尺度平台阻力会有较大误差,采用实尺度CFD计算方法给出较为合理的平台主机功率估算结果。

基于断裂力学的散货船外底纵骨疲劳寿命评估

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展理论,按《散货船共同结构规范》确定疲劳载荷及计算工况,通过有限元应力分析对某散货船外底纵骨与横舱壁或横框架连接节点处进行疲劳寿命分析,并探讨了裂纹形状比对疲劳寿命的影响。研究结果表明,外底纵骨上远离横舱壁或横框架一侧的软趾端处的疲劳寿命比靠近横舱壁或横框架一侧的通焊孔焊缝趾端处的疲劳寿命要短,并且疲劳寿命随着裂纹形状比的增大而增大。

带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件疲劳寿命分析

对带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件进行疲劳寿命有限元分析研究,并加工制造了典型焊接节点试件,对其进行疲劳试验,试验结果与数值分析结果基本吻合,说明对潜艇典型焊接结构的有限元应力分析、疲劳寿命分析的方法是正确可行的。

基于JTP规范中热点应力的油船船体疲劳强度分析

基于JTP规范的热点应力法对一艘76000吨成品油船的内底与底边舱斜板的焊接折角处进行疲劳强度分析。通过建立详细的疲劳热点位置的结构有限元模型,进行热点应力分析,并根据S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原理,进行了疲劳寿命计算。其分析方法对运用热点应力法进行船体结构的疲劳强度分析具有一定的参考价值。

金属疲劳裂纹扩展速率的贝叶斯正则化BP神经网络预测

人工神经网络是进行预报裂纹扩展率的一个重要方法。文章针对不同金属的疲劳裂纹扩展速率分别建立贝叶斯正则化BP(Back Propagation)神经网络,将各材料在不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率试验数据分为两部分,一部分用来进行训练网络,另一部分用来测试训练好的网络,检验其泛化能力。将从文献中获取的4种不同金属材料的疲劳试验数据作为算例,来检验网络的性能。计算结果表明贝叶斯正则化BP神经网络不仅对训练样本有很好的拟合能力,而且对于未训练过的测试样本也有较好的预测能力,即有较强的泛化能力。同时,指出了建立网络时减少门槛值附近的试验样本点,可以提高网络的预测能力。研究结果表明,该方法可以方便地获得不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率,从而达到减少试验次数,充分利用已有数据的目的。并且可以进一步应用于其他金属的疲劳裂纹扩展速率的预报。

基于改进McEvily模型的深海结构表面裂纹疲劳扩展模拟(英文)

文章基于改进的McEvily模型预测深海结构表面裂纹的疲劳寿命。采用ANSYS软件进行三维有限元分析来计算表面裂纹的应力强度因子,裂纹增量和对应的载荷循环数通过改进的McEvily模型计算得到。使用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,实现了应力强度因子计算、有限元网格的自动更新和裂纹疲劳整个扩展过程的自动模拟。以深海结构典型节点试件为例子,阐述了表面裂纹疲劳扩展数值分析方法,包括改进的McEvily模型参数的确定、应力强度因子的有限元计算和疲劳裂纹扩展的数值模拟,得出结构的疲劳寿命和表面裂纹的扩展形貌变化。最后,将计算结果与其他扩展速率模型预测的结果以及试验结果进行对比,结果表明改进的McEvily模型的疲劳寿命预测结果相比其他扩展速率模型更为接近试验结果,说明基于改进的McEvily模型的疲劳裂纹扩展数值模拟是合理的、可行的。

滚装船的弯扭强度全船有限元分析

由于滚装船有着不同于常规船舶的结构特点,有必要对其进行全船弯扭强度精确计算。本文以一艘1万吨级的滚装船为研究对象,应用DNV的SESAM软件建立全船有限元模型,并进行波浪随机载荷的长期预报,然后在此基础上导出设计波参数组,最后在全船有限元模型上计算了船体结构在各设计波上的应力分布和变形结果。通过全船模型的有限元计算,获得了该船结构强度的详细信息。对滚装船的设计和强度分析有一定的参考价值。

含起重设备的船舶上层建筑吊装强度有限元分析

为准确计算船舶上层建筑吊装强度,采用MSC.Patran和MSC Nastran软件对175000 t散货船上层建筑吊装建立整体结构有限元模型。采用含起重设备的有限元分析法计算上层建筑在吊装过程中的结构响应,并与直接约束法和惯性释放法进行对比分析,比较3种有限元分析法计算得到的应力、变形和吊点支反力情况,分析含起重设备的有限元分析法的准确性。结果表明,含起重设备的有限元分析法可对结构的应力、变形和吊点支反力进行较为准确的计算,优于直接约束法和惯性释放法。含起重设备的有限元分析法对船舶上层建筑吊装强度和吊装方案的评估具有一定的工程价值。

基于热点应力法U型激光焊接夹层板疲劳寿命分析

U型激光焊接夹层板作为新型船用结构,准确预报其疲劳寿命对于工程应用有着重要的现实意义。本文依据传统焊接结构热点应力外推方法,给出了适合激光焊接夹层板结构的热点应力外推公式,计算了不同外推公式下结构的疲劳寿命,并与已有的试验结果进行对比,最后研究了不同单元层数和焊缝宽度对结构疲劳寿命的影响。结果表明:采用本文的外推公式、外推区域面板厚度方向划分3层单元时,计算结果与试验值较为吻合,验证了热点应力法求解激光焊接夹层板疲劳寿命的有效性;并且结构的疲劳寿命随着焊缝宽度的增加显著提高。

不同数值积分方式对海洋结构物疲劳裂纹扩展模拟结果的影响

海洋结构物的疲劳寿命预报是当前的研究热点,文章根据第二作者率领的课题组提出的海洋结构物疲劳寿命预报统一方法比较了疲劳裂纹扩展模拟的三种数值积分方法:逐周数值积分法、△N积分法和△a积分法,并分析了每种方法的适用条件。随后,以中心表面裂纹承受单向交变拉伸载荷的平板为例,分别运用三种方法计算了裂纹扩展寿命和最终裂纹尺寸。同时,研究了△N和△a取值不同对结果的影响。最后,综合考虑计算耗时和计算结果精度,给出了△N积分法和△a积分法的建议值,即△N/N≤1.0%,△a≤0.1 mm。

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

基于ABAQUS软件二次开发,建立平板对接焊试件焊接残余应力及其释放的有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算3种焊接速度下的焊接残余应力分布,并研究了3种焊接速度下初始焊接残余应力在3种拉伸循环载荷作用下的释放情况。随着焊接速度的增加,沿试件深度方向的初始横向焊接残余应力明显下降。在相同外载荷作用下,随着焊接速度的降低,焊接残余应力释放水平提高、释放量增加。随着焊接速度的增加,第一次循环残余应力的释放量占循环50次后残余应力释放总量的比例增加。

“船舶结构力学”教学改革探讨

《船舶结构力学》是船舶与海洋工程专业一门重要的专业基础课,为适应教育部"卓越工程师教育培养计划"关于提高学生的工程能力的要求,分别从课程教学内容、教学手段和方法以及考核方式三个方面进行了改革和尝试。

学生本科专业多元化背景下研究生课程“高等结构力学”的建设与实践

“高等结构力学”是面向船舶与海洋工程学科硕士研究生的一门重要的专业基础学位课。近年来,随着研究生招生规模的扩大,学生本科专业背景呈现出多元化,在教学过程中如何针对不同专业背景、理论基础的学生开展有效教学是一个亟需解决的问题。结合国家“三型人才”的培养要求,从“从教学过程中如课程的教学内容、教学手段和科研实践三方面开展课程建设与探索。

船舶上层建筑整体吊装强度有限元分析

利用MSC.Nastran软件对105000DWT油船上层建筑吊装前(A甲板的围壁约束)以及整吊两种工况下结构在自重作用下的响应进行了有限元分析,合成得到了吊装引起的上层建筑的结构响应.计算分析表明文中提出的吊装方案可行,结构响应满足强度要求.通过有限元计算分析得到的有关结论可用于指导大型上层建筑吊装方案的设计及优化;根据结构响应的特点可提出合理有效的结构加强措施,保证整体吊装的顺利完成.

大型滚装船弯扭强度整船有限元分析

以大型滚装船为研究对象,采用现代的三维全船有限元分析技术及DNV船级社的SESAM软件系统,为全面研究整船弯扭强度,建立了全船有限元结构模型、质量模型、水动力计算模型;应用三维辐射—绕射理论和有限元程序进行波浪载荷的长期预报,在此基础上确定设计波参数;对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构设计优化和强度分析有一定的参考价值,同时对其他类型船舶弯扭强度全船有限元分析有借鉴意义。

潜艇结构锥柱结合壳损伤容限研究

损伤容限与耐久性的结合体现了现代潜艇结构延长寿命、提高可靠性和降低维修成本的综合要求。损伤容限分析的关键问题是正确估算剩余寿命。本文以断裂力学为理论基础,通过对带有初始裂纹的潜艇典型焊接节点模型的剩余寿命有限元分析,将计算结果和试验结果相比较,考核剩余寿命有限元分析方法的可靠性,从而对有初始缺陷或裂纹的疲劳热点区域——潜艇锥柱结合壳进行剩余寿命有限元估算,在此基础上进行潜艇锥柱结合壳损伤容限研究。并对具有不同尺寸的初始裂纹结构的剩余寿命进行有限元分析,确定潜艇在交付使用和检修时的损伤容限尺寸。

基于直接计算方法的海上超大型浮式结构物单模块强度分析

海上超大型浮式结构是由若干个与半潜平台相似的浮体通过连接器相连而成的一种新型海上结构,目前对其结构强度分析较少。文章基于直接计算方法,采用SESAM/Hydro D进行超大浮体单模块水动力分析并预报其波浪载荷,进而调用SESAM/Sestra模块进行超大浮体总体强度有限元分析。分析表明,超大浮体的三个连接部位出现了较大应力集中。选取这三处连接部位作为关键节点,采用ANSYS计算该三处关键节点的局部强度。研究结果表明,在横撑与下浮体连接处总体和局部应力均最大,该部位是易产生疲劳破坏的部位,需要重点研究。

大深度载人潜水器疲劳寿命有限元分析

载人潜水器随着使用次数的增加,将有可能导致低周疲劳破坏。为了确保载人潜水器载人球壳的安全性,必须进行载人球壳的低周疲劳寿命分析。潜水器在一些特殊的局部区域是受拉伸应力影响的,开孔处结构的特点和深水压力共同作用就产生了较大的拉应力,因此这些较大的拉伸应力在此部位易引起结构的疲劳裂纹,并且缩短使用寿命。本文首先介绍了基于有限元疲劳寿命的理论基础和分析方法,然后建立载人潜水器有限元分析模型,按极限载荷和载荷谱分别计算出的疲劳寿命,不但可靠度高,而且可以方便地修改计算参数和进行结构优化,提高了计算的准确性和运算效率,极大程度地降低了人工费用。