点蚀损伤船体板格单轴压缩极限强度

为了能够简单准确地计算服役期内点蚀损伤船体板格的极限强度,选择腐蚀体积为点蚀损伤板的主要评估参数,结合实际船体板格的腐蚀损伤特点,采用有限元数值计算方法,分析点蚀坑形状、有限元单元类型、蚀坑分布和蚀坑深度对板极限强度的影响,以及板的初始柔度、初始变形、长宽比和板边缘线性载荷因子对板极限强度折减因子的影响,并利用回归分析方法,建立了基于腐蚀体积的点蚀损伤船体板格极限强度折减因子的计算公式.结果表明,整套公式的计算结果与有限元计算结果的相对误差仅有极少量在5%,~6%,之间,绝大部分在5%,以内,可用于服役期内点蚀损伤船体板格的安全评估.     

含腐蚀损伤加筋板结构极限强度评估方法

选取单筋双跨加筋板模型,基于非线性有限元方法计算了在单轴压缩载荷作用下,模型范围、点蚀坑形状、腐蚀位置、带板柔度、加筋柔度、腐蚀体积、加强筋个数等因素对含腐蚀损伤加筋板极限强度的影响.研究结果表明:腐蚀体积是影响加筋板极限强度的关键因素,且极限强度的折减值与腐蚀体积比接近二次曲线的关系.根据数值计算结果利用多元函数拟合功能得到了含腐蚀损伤加筋板结构极限强度评估公式,可对含腐蚀损伤加筋板的极限强度进行合理评估.     

含内部随机点蚀的2D圆环管道模型屈曲研究

通过建立有限元模型分析了内部随机点蚀对外压作用下2D圆环屈曲压力的影响.由于管道内部多相流侵蚀-腐蚀的影响,管道极易在6点钟方向产生内部沟槽腐蚀和点腐蚀,进而导致管道损坏失效.内部腐蚀是造成深海管道损坏失效的重要因素,针对内部随机点蚀对管道屈曲压力影响的问题,将用户自定义的Python程序嵌入Abaqus有限元数值模拟软件进行研究.把管道简化为2D圆环模型,利用Python程序中均匀分布随机数生成器,建立多个随机点蚀圆片模型;根据内部随机点蚀的特点,采用随机数发生器得到在2D圆环内表面3点钟到9点钟方向随机分布的点蚀坐标;在整体坐标系下完成模型装配后,运用Abaqus软件中的布尔切割运算功能建立了含内部随机点蚀的2D圆环有限元模型.使用上述模型研究了外压作用下内部随机点蚀对圆环屈曲压力的影响,模型校准后基于该2D圆环模型开展了参数敏感性分析,研究结果表明椭圆度、径厚比和腐蚀比是影响2D圆环屈曲压力折减系数的主要因素.基于多参数非线性回归分析,建立了椭圆度、径厚比和腐蚀比3个参数对外压作用下含内部随机点蚀2D圆环屈曲压力折减的经验公式.研究结果可为内部随机点蚀作用下的海底管道的极限强度评估和剩余寿命分析提供参考.     

随机腐蚀船体板结构极限强度分析

考虑到船体结构腐蚀的随机性,给出了随机腐蚀船体板的极限强度分析方法.根据散货船测厚报告中腐蚀数据,研究船舯甲板边板腐蚀数据的分布规律,建立随机腐蚀模型.采用非线性有限元方法对腐蚀板结构的极限强度进行计算分析,通过蒙特卡罗仿真方法计算确定腐蚀甲板边板极限承载能力的概率统计特性,最后对板结构极限承载能力进行可靠性分析.结果表明:甲板边板的腐蚀数据和极限承载能力均符合对数正态分布,船体板的极限应力比与腐蚀体积比成线性反比关系.     

随机点蚀对Q460等边角钢抗拉性能的影响

为了揭示点蚀损伤对构件破坏模式和极限承载力的影响机理,完善腐蚀角钢构件的力学性能评估体系,基于腐蚀试验数据和数值模拟,提出针对随机点蚀角钢构件的有限元模型构建方法,研究腐蚀损伤体积、蚀坑尺寸和蚀坑分布位置对Q460点蚀等边角钢构件极限抗拉承载力的影响,并根据其极限抗拉承载力劣化规律,采用非线性回归的方式拟合了点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式.结果表明,随机点蚀角钢的极限抗拉承载力退化整体上与腐蚀损伤体积呈正相关,蚀坑半径和蚀坑分布位置对承载力的影响较小,但蚀坑深度和蚀坑分布范围的影响不容忽视,拟合的点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式较刚度折减法和厚度折减法误差更小,准确度较高,可见其适用于点蚀角钢构件极限抗拉承载力的计算,可以应用到实际工程分析中.     

含内部冲刷腐蚀损伤的90°弯管屈曲压力的研究

针对深海油气输送管道中含冲刷腐蚀损伤的90°弯管的屈曲问题,建立了一种更符合实际损伤的简化模型,得到了冲刷腐蚀屈曲类型分布图,提出了一个按不同分类屈曲形式计算含冲刷腐蚀损伤的90°弯管屈曲压力的显式经验表达式.根据试验数据,建立了含冲刷腐蚀损伤的90°弯管的原尺寸模型,通过用户自定义Python程序实现自主调整冲刷腐蚀的损伤参数(轴向范围、周向宽度、径向深度)及管道几何参数(椭圆度、径厚比和腐蚀比).通过将自定义程序嵌入Abaqus有限元软件,建立了冲刷腐蚀简化模型,开展系统的敏感性分析.分析表明,径向最大腐蚀深度会限制轴向范围影响和周向宽度影响程度,且径向最大腐蚀深度和冲刷腐蚀轴向范围会影响弯管模型的屈曲类型,出现了3种屈曲模态,研究表明不同的损伤参数导致3种不同屈曲模态:①A类屈曲,弯管端部及其附加直管部位率先发生屈曲;②B类屈曲,冲刷腐蚀最大深度截面的环向φ=45°处率先发生屈曲;③C类屈曲,冲刷腐蚀最大深度处率先发生屈曲.依据屈曲类型划分出冲刷腐蚀屈曲类型分布图.根据数值模拟和敏感性分析结果,结合多参数非线性回归分析,建立了无量纲屈曲压力pc/py和椭圆度?、径厚比?、弯径比?、无量纲腐蚀深度De,m/t、腐蚀比?之间的经验公式.本文的研究结果可为冲刷腐蚀作用下的海底油气输送弯管的屈曲强度评估提供依据.     

面内载荷作用下加筋强桁材结构的损伤变形机理

在遭遇碰撞搁浅事故时,船体往往会受到面内载荷的作用而发生损伤变形,影响船体结构的安全性,因此加筋强桁材在船体结构中具有广泛的应用.以垂直加筋强桁材结构为研究对象,通过开展准静态冲压试验及相应的数值模拟,分析强桁材结构在面内冲压载荷作用下的变形机理,并基于试验与模拟所观察到的结构变形特点,提出强桁材面内受压时的变形模式.以此为基础,运用塑性力学理论,推导出结构变形能、瞬时结构变形抗力及平均结构变形抗力的解析计算公式,并将计算结果与试验结果进行比较验证.研究得到的结构面内受压变形能和抗力解析计算公式,可以快速评估事故载荷下结构的响应情况,对船体耐撞结构设计及抗撞性能评估具有一定的指导意义.     

晃荡载荷作用下液化天然气船泵塔结构疲劳寿命分析方法

针对液化天然气船运动而产生舱内晃荡载荷,研究了泵塔结构的疲劳分析方法和规律性. 船体耐波性能采用动态载荷方法求得,并按ABS规范选取对晃荡载荷最不利的船舶运动参数;应用二维晃荡程序计算流体晃荡所产生的速度与加速度,并基于Morison公式计算晃荡载荷;采用线性累计损伤理论的S N曲线法对泵塔管节点的疲劳寿命进行分析,获得了疲劳损伤随装载率的变化规律.     

纯剪切横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值

针对由横向密加筋板组成的散货船舷侧板承担着较大的面内剪切载荷,而散货船共同结构规范中加筋弯曲刚度设计考虑的是舷外水压力,并没有考虑剪切载荷的问题,研究在剪切载荷作用下横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值.通过改变加筋的高度,可以改变加筋弯曲刚度,从而使加筋板的剪切屈曲强度和极限强度也随之变化.根据加筋板的纯剪切弹性屈曲强度和极限强度等于材料的剪切屈服极限,找出2种加筋弯曲刚度的门槛值,并把这2种加筋弯曲刚度值与AASHTO规范所得值进行对比分析.结果表明,应由剪切极限强度分析来确定横向密加筋板的无量纲加筋弯曲刚度门槛值.     

转动约束受压矩形钢板单侧屈曲强度计算简化

为研究内填混凝土钢箱构件在受压、受弯荷载下其组成钢板局部屈曲问题,建立了非受载边转动约束、线性分布压力下矩形板单侧屈曲模型,选取满足矩形板变形边界条件的多项式与调和函数组合位移函数,利用瑞利—里兹能量法导出了非受载边界为转动约束的矩形板在线性分布荷载下的单侧屈曲强度计算公式。与传统边界条件相同的双侧屈曲矩形板比较,单侧屈曲强度比双侧屈曲强度提高37%~58%。基于屈曲强度与约束系数的关系,利用回归分析方法对计算公式进行了简化,提出了约束系数表达的屈曲强度计算实用公式。已有试验表明,简化公式计算值与试验值之比在0.76~1.22,平均1.03,两者吻合良好,计算公式的有效性得到验证。     

U肋加劲板受压局部稳定计算方法研究

建立U肋加劲板中母板、U肋腹板及U肋翼缘的四边简支板有限元模型.在考虑焊接残余应力、初始局部缺陷的情况下,分析各板件相对宽厚比与局部稳定系数之间的关系,并分别通过多项式拟合与Perry公式拟合的方法,提出适用于各种组成板件局部稳定系数的简化公式及屈曲曲线,并与各国规范规定的屈曲曲线进行比较.研究表明,Perry公式拟合的局部稳定屈曲曲线比多项式拟合在更小的相对宽厚比时开始折减;对于相同类型的板件,不同强度下Perry公式拟合的局部稳定屈曲曲线基本重合,而多项式拟合的局部稳定屈曲曲线略有区别;当钢材强度为345 MPa时,各板件简化公式的屈曲曲线均低于欧洲规范与美国规范规定的屈曲曲线;当相对宽厚比为0.6～1.6,各种板件简化公式的屈曲曲线均高于《公路钢结构桥梁设计规范》规定的屈曲曲线.     

海洋石油111 FPSO船体结构维修改造设计

介绍了海洋石油111 FPSO船体基本情况,描述连续服役多年后船体结构现状,基于BV和CCS船级社规范,对腐蚀超标的结构或板进行更换或维修;对结构强度按照船级社的最新规范进行设计复核,基于计算分析结果对船体结构强度及疲劳不足之处进行加强,可以为中国以后FPSO的维修、改造提供帮助和借鉴。     

载荷响应参数对在役舰艇结构可靠性的影响

基于非概率可靠性理论,建立在役舰艇船体结构非概率可靠性分析模型.以某大型舰艇为研究对象,分析了载荷响应参数(航速和波高)对船体结构可靠性的影响规律,得到了不同航速和海况条件下的在役舰艇船体结构可靠性评估公式.结果表明:波高对舰艇结构可靠性的影响相对于航速更为突出,通过降低航速来提高舰艇结构的安全性效果较小;但当舰艇在临界航区航行时,通过适当调整航速来提高舰艇结构的安全性是可行的.     

热弹耦合功能梯度材料圆板的热冲击屈曲

基于考虑耦合效应的热弹性基本方程,研究了温度场与位移场相互耦合的功能梯度材料圆板的热冲击屈曲问题.基于Hamilton能量变分原理,建立了周边固支功能梯度圆板动力屈曲问题的基本控制方程,其中假定功能梯度材料的物性参数以幂函数的形式仅沿板的厚度方向连续梯度变化,圆板下表面受均匀动态热载荷作用.采用理论推导与数值分析相结合的方法对耦合热传导方程和动力控制方程进行联立求解,并用小扰动法得到屈曲时的临界温度.研究表明,相同参数下耦合圆板的屈曲临界温度要比非耦合圆板的临界温度高,且临界温度随着梯度材料的体积分数指数或结构径厚比的增大而减小.     

曲面成形收缩量的近似计算

简述船体外板曲面成形方法，级出环形帆型板和鞍型板成形必需的最小纵向收缩量和收缩面积的近似公式，并给出非对称帆型板收缩量的修正系数和任意纵向剖线的收缩量计算公式。取实船板两个算例，比较实测数据和近似计算结果，精度满足工程要求。     

基于新版共同结构规范的船体梁极限强度计算方法

2008修订版共同结构规范对船体梁极限强度计算时各种失效模式下的载荷端缩曲线进行了修改,并对单元划分原则及一些特殊部位处理进行了补充规定.新规范必将对同种模型下求得的船体梁极限承载能力产生影响.通过对比2008修订版与2006版共同结构规范,总结了新规范在极限强度部分的变化,并在新规范基础上用PCL语言在MSC.Patran平台上开发一套用于船体梁极限强度计算与评估的可视化计算软件.通过两个规范下的模型计算分析发现,新规范下结构极限强度偏小,且规范的修改对构件间屈服应力明显不同的结构将受到较大影响,对屈服应力几近一致的结构影响较小.对新规范的理解提供参考并提供一套实用、可以推广的船体极限强度计算软件.     

组合载荷下半潜式平台极限强度评估方法研究

采用非线性有限元方法,计算了不同组合比例下剪切扭转耦合作用时的半潜式平台极限承载力,基于设计波法对波浪载荷进行预报,研究了剪切扭转组合载荷对极限承载力的影响,计算了结构的剪切指数和扭转指数,用隐函数拟合得到了单一载荷和组合载荷下极限强度的联合关系式.基于现有规范,提出了一种考虑组合载荷作用下半潜式平台极限强度评估方法.研究结果表明:剪切和扭转两种载荷的同时作用会削弱单一载荷作用下平台的极限承载能力,所提出的组合载荷极限强度评估方法可对半潜式平台进行合理评估.     

营运船舶总纵剩余强度评估和预报

提出对营运船舶受损船体剩余强度评估和预报的方法,即在实船现场测得剩余厚度并对其统计分析,据此进行船体剩余强度评估和预报,通过对现存舶数值分析得出一些有价值的结论。     

基于第二水平法的受损船体梁纵向强度可靠性分析

基于可靠性原理,假设一条实船发生碰撞和搁浅损伤,采用第二水平法对船体梁纵向强度的可靠性进行了分析.当原始变量呈非正态分布时,根据Rackwitz-Fiessler法对变量进行了等效处理,基于增量-叠代法求解损伤船体极限强度,并运用Rosenbluthe法求解损伤船舶极限强度的统计特征.实船计算结果表明方法是实际可行的.     

变截面波形钢腹板弹性整体 屈曲计算及几何参数分析

为研究变截面波形钢腹板的抗剪性能,首先,在正交异性板理论和薄板小挠度理论的基础上,运用伽辽金法对波形钢腹板弹性整体剪切屈曲强度的计算公式进行推导;其次,将推导公式计算值与ANSYS有限元计算值及规范公式计算值进行对比分析,并将公式推导值与文献试验值进行对比;最后,运用有限元法研究不同波纹型号、腹板厚度和梁高变化形式对变截面波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律.结果表明:推导公式计算值与有限元值试验值吻合良好,规范公式由于忽略了扭转刚度Dxy对波形钢腹板整体剪切屈曲强度的贡献,规范值计算偏于保守;随着波纹尺寸的增加,剪切屈曲强度总体呈先增大后减小的趋势,其中1600型波形钢腹板的抗剪性能达到最大;随着腹板厚度的增加,剪切屈曲强度逐渐增大;变截面波形钢腹板的剪切屈曲强度大于等截面波形钢腹板的抗剪强度,并且随着梁底与水平方向的夹角β的增大,变截面波形钢腹板剪切屈曲强度增加.所得结论可为变截面波形钢腹板的抗剪设计提供参考依据.