基于改进T-B法的宽带高斯过程疲劳损伤分析

针对宽带高斯随机应力过程造成的疲劳损伤问题,本文提出一种基于改进Tovo-Benasciutti(T-B)法的疲劳损伤频域分析方法。通过不同参数形式的功率谱进行时域的疲劳损伤分析,针对T-B法中的关键参数bTB提出一个新的非线性函数模型。与原T-B法相比,新提出的函数模型bMTB可以考虑S-N曲线斜率参数m的影响,并以此为基础提出基于改进T-B法的疲劳损伤分析方法。以时域的雨流计数法结果作为基准,分别采用参数化功率谱和真实响应谱进行数值试验,并与现有的多种宽带高斯疲劳损伤分析方法进行对比,验证本文所提出的改进T-B法的准确性和适用性。

极地船舶冰区航行中冰激结构疲劳的累积损伤分析

极地船舶在冰区航行中经常与各种类型的海冰发生不同程度的碰撞,充足的疲劳强度储备至关重要。本文提出了基于实测冰载荷的极地船舶结构冰激疲劳的累积损伤分析方法。以“雪龙”号极地考察船为研究对象,通过对我国第8次北极科学考察中的冰厚和航速等现场测量数据进行统计分析,在冰厚0.5~2.5 m、航速2~12 kn范围内构造冰激疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;基于支持向量机方法反演识别出典型工况下的冰载荷时程,通过动力学分析确定关键位置及相应的热点应力,并采用雨流计数法统计应力循环次数;最后通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论进一步计算该航次内的疲劳损伤度,验证了“雪龙”号在冰区航行的安全性。本文对极地船舶结构的抗冰设计和安全评估具有一定的参考意义。

一种新的高斯双模态随机疲劳损伤分析方法

为能够准确地对高斯双模态随机过程的疲劳损伤进行评估,提出了一种名为改进频带法的疲劳损伤频域计算方法。该方法从功率谱分割的角度出发,首先分别将低频模态和高频模态的功率谱密度函数分割成很多份极窄的频带,利用损伤等效原则进行等效转换,得到相应的等效窄带过程。然后,将高频等效窄带过程向低频等效窄带过程再次进行等效转换。在此过程中,为考虑低频模态与高频模态之间的相互作用,引入与一个高、低频模态频率比、能量比以及S-N曲线材料参数m有关的修正因子对总零阶谱矩进行修正。最后,利用窄带过程疲劳损伤解析解即可计算高斯双模态过程的总疲劳损伤。以时域雨流计数法计算的疲劳损伤结果作为基准,分别采用理想矩形双模态谱和真实双模态谱进行数值试验,将该方法与多种现有频域疲劳损伤分析方法进行了对比。研究结果表明,提出的改进频带法与传统频域方法相比,具有计算精度更高并且易于编程的优点,该方法在实际工程应用中将具有很大的潜力。

超声冲击处理对高强钢焊接接头残余应力影响的数值模拟

超声冲击处理(UIT)是一种有效的焊后改善焊接接头疲劳性能的工艺措施,其借助机械撞击和超声振动的共同作用,使焊趾表面产生塑性变形从而引入有益的压缩残余应力。为评价UIT技术对焊接接头残余应力的影响,该文提出了一套新的数值分析方法,包括焊接数值模拟及随后的超声冲击处理过程的动态弹塑性有限元分析。在有限元模型中考虑了实际的工艺参数和超声促成的材料软化效应。以船用高强钢AH36非承载十字焊接接头为研究对象,将预测的超声冲击处理前后的残余应力分布与实验结果进行对比,两者有较好的吻合。在此基础上,探讨了静态预载荷对超声冲击处理态残余应力再分布的影响。

轴向载荷下多平面DT型管节点应力集中系数概率模型研究（英文）

应力集中系数作为一个随机变量,对管节点及导管架平台的疲劳可靠性评估结果有着重要影响。文章以多平面DT型管节点为研究对象,建立了352个几何参数不同的三维管节点有限元模型,并分析了沿弦管-撑管焊缝处的应力集中系数分布。采用密度直方图描述最大应力集中系数统计样本的特征,利用疲劳可靠性分析中常用的几种概率分布进行拟合。各个概率模型中的参数通过极大似然估计方法得到。根据卡方检验的结果对比发现,Birnbaum-Saunders分布是最适合的概率模型。因此,文中提出一组适用于描述在轴向载荷即单向轴向和平衡轴向载荷作用下多平面DT型管节点弦管侧和撑管侧最大应力集中系数分布的概率模型,对今后导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性分析具有重要意义。

轴向载荷下多平面DT型管节点应力集中系数研究

应力集中系数对于海洋平台结构中管节点的疲劳寿命评估至关重要。文章以多平面DT型管节点为研究对象,采用有限元方法分析了轴向载荷作用下沿其弦管—撑管相贯线焊缝的应力集中系数分布。在保证计算精度的前提下尽量减少网格数量,采用分区网格划分方法进行管节点建模。基于有限元分析结果,研究了不同几何形状参数对应力集中系数分布变化规律的影响,拟合得到一组应力集中系数参数公式,并通过两种相对误差验证了该参数公式的有效性。

双向应力场中表面裂纹应力强度因子的权函数法

半椭圆表面裂纹是船舶等焊接结构中常见的损伤形式,计算裂纹尖端应力强度因子是结构损伤容限设计的前提,权函数法是求解复杂应力场中应力强度因子的有效手段之一。本文基于一种集中力载荷权函数统一形式,通过三维有限元建模计算了裂纹半长比a/c=0.05~1.0、裂纹深度比a/T=0.01~0.8的表面裂纹应力强度因子,并将其作为参考解,得到一组形状适用范围更广的有限厚度平板表面裂纹最深点和表面点的二维权函数。权函数的准确性通过在裂纹面上施加最高六阶的双向变化应力载荷进行验证,权函数法结果与有限元法相比求解误差在10%以内。文中所提出的权函数为复杂焊接结构表面裂纹扩展分析奠定了基础。

超声冲击处理改善焊接接头疲劳性能的数值研究

超声冲击处理(UIT)作为一种有效的焊后改善焊接接头疲劳性能的工艺措施,近年来在国内外船舶行业受到了广泛关注。为评价UIT技术对焊接接头疲劳强度的影响,提出一套新的数值分析方法,包括焊接数值模拟、超声冲击处理过程的弹塑性动态有限元分析,以及基于断裂力学的疲劳强度评估。在有限元模型中考虑了实际的工艺参数和超声促成的材料软化效应。以非承载十字焊接接头为研究对象,将预测的超声冲击处理前后的残余应力分布及疲劳强度与实验结果进行对比,两者吻合较好。

大深长比表面裂纹应力强度因子的二维权函数

权函数法是求解复杂应力场中表面裂纹应力强度因子的有效手段。本文针对大深长比半椭圆表面裂纹的二维权函数进行了研究。通过三维有限元建模计算了裂纹深长比1≤a/c≤8,裂纹深度比0.01≤a/T≤0.8的有限厚度平板表面裂纹应力强度因子。基于二维权函数统一形式,结合有限元数据,发展了适用于大深长比表面裂纹表面点和最深点应力强度因子计算的二维权函数。新权函数的准确性通过在裂纹面上施加双向变化应力分布载荷进行验证,权函数结果与有限元结果的相对误差均在10%以内。在前期工作基础上,本文将表面裂纹二维权函数的形状适用范围扩大至0.05≤a/c≤8,0.01≤a/T≤0.8。

52 m金枪鱼延绳钓船设计阶段振动控制

为避免过大振动,在设计阶段对52 m金枪鱼延绳钓船进行振动分析和振动控制。在典型工况下,基于结构有限元振动计算得到船体相关结构的振动特性,结合主要激励,改进与船上主要激励产生共振的局部结构,避开结构的固有频率。实船试航振动测量结果表明:改进结构后,船舶振动剧烈区域的振动减轻,振动结果满足相关振动衡准,可为同类型渔船设计提供参考。

海洋平台圆管构件抗撞性能数值分析

为了揭示海洋平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理,基于刚性楔形撞头撞击单根圆管构件场景,运用LS-DYNA软件分析撞击过程中碰撞力、能量和塑性变形等动态响应特征,并在此基础上分析结构几何尺寸参数的改变对圆管结构抗撞性能的影响,为海洋平台圆管结构抗撞性能设计提供参考。

船舶结构冰载荷的监测识别方法及时空特性分析

冰载荷是主导极地船舶结构抗冰设计的环境载荷,对冰激应变的实船测量是获取冰载荷的重要途径。在我国北极科考期间,对“雪龙2”号极地考察船开展了冰载荷现场监测。论文基于对正应变测点布放位置敏感性的分析,合理制定光纤光栅传感器的安装方案,采用影响系数矩阵法对冰载荷进行识别。在此基础上,针对平整冰区冲撞式破冰工况下冰载荷的整体和局部时空分布特性开展研究。结果表明:肋骨腹板上靠近且垂直于外板的挤压正应变比平行于外板的弯曲正应变更适合于作为冰激应变的观测量;海冰沿船体表面擦碰及受船体下压作用而发生弯曲破坏,冰载荷在船体首肩部呈现自水线下潜至船底的整体空间移动特性;高压力区形状和面积变化不明显、组成部分缺失以及主次压力区转换等瞬时演变形式分别是海冰纯挤压、剥落和非同时挤压等局部破坏模式的外在表现。结果可为船舶结构冰载荷的监测识别技术与时空分布特性研究提供参考。