基于谱载荷和改进的单一曲线模型的船舶结构疲劳寿命预报方法

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作者 孙力 廖舒婷 +2 位作者 黄小平 张兆龙 王凡超 《船舶力学》 2025年第11期1734-1745,共12页

船舶结构长期运行于海洋环境中,因承受复杂的交变载荷而易发生疲劳裂纹扩展,故准确预报船舶结构的疲劳裂纹扩展对保证结构安全具有重要意义。本文结合基于谱分析法构建的载荷谱和改进单一曲线裂纹扩展模型,提出了一种更为精确预报船舶... 船舶结构长期运行于海洋环境中,因承受复杂的交变载荷而易发生疲劳裂纹扩展,故准确预报船舶结构的疲劳裂纹扩展对保证结构安全具有重要意义。本文结合基于谱分析法构建的载荷谱和改进单一曲线裂纹扩展模型,提出了一种更为精确预报船舶结构含近门槛区疲劳裂纹扩展的方法;并以某邮轮阳台开口角隅为例,给出了改进单一曲线模型中形状指数的确定方式,预报了该结构在谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展,分析了初始裂纹大小、裂纹扩展模型等对裂纹扩展的影响。结果表明,本文提出的预报方法能更精确预报含近门槛区的裂纹扩展,且较CCS规范中推荐的单一曲线模型的预报结果更保守。本文的方法亦可为其它船海结构物的疲劳寿命评估提供参考。 展开更多

关键词 谱载荷 改进单一曲线模型 近门槛区 阳台开口角隅 裂纹扩展预报

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海洋钢结构疲劳裂纹扩展预报单一扩展率曲线模型 被引量：24

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作者 黄小平 贾贵磊 +1 位作者 崔维成 祁恩荣 《船舶力学》 EI 北大核心 2011年第1期118-125,共8页

采用基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预报方法对海洋钢结构的安全寿命进行评估,首先要解决变幅载荷作用下的裂纹扩展率问题,其次是复杂应力场中的应力强度因子计算问题。文章将裂纹扩展率单一曲线模型结合焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方... 采用基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预报方法对海洋钢结构的安全寿命进行评估,首先要解决变幅载荷作用下的裂纹扩展率问题,其次是复杂应力场中的应力强度因子计算问题。文章将裂纹扩展率单一曲线模型结合焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法来探讨复杂载荷作用下海洋钢结构的疲劳寿命预报问题。裂纹扩展率单一曲线模型的思想是将任意载况下的应力强度因子等效到R=0的应力强度因子,并假定超载不影响材料的裂纹扩展率,而是使等效应力强度因子幅减小。使得复杂载荷下的疲劳寿命预报也仅需要对应于R=0时的裂纹扩展率材料常数,从而解决复杂载荷下裂纹扩展率材料常数的确定问题。文中给出了适合于海洋钢结构的裂纹扩展率曲线,焊趾表面裂纹应力强度因子以及残余应力引起的应力强度因子的计算方法。 展开更多

关键词 海洋钢结构 表面裂纹 单一曲线模型 等效应力强度因子幅 残余应力 疲劳寿命

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老龄半潜式钻井平台节点疲劳裂纹扩展寿命预报 被引量：6

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作者 梁园华 杨清峡 +2 位作者 闫小顺 杨蕖 李洛东 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2015年第6期20-25,69,共7页

通过结合常规谱疲劳分析方法和裂纹扩展分析方法,给出了一种工程实用的评价老龄平台节点裂纹扩展寿命的方法,并以某一平台为例进行了验证计算。首先,基于谱疲劳分析得到各个节点在过去30年的节点疲劳损伤,然后,对损伤接近或大于1.0的节... 通过结合常规谱疲劳分析方法和裂纹扩展分析方法,给出了一种工程实用的评价老龄平台节点裂纹扩展寿命的方法,并以某一平台为例进行了验证计算。首先,基于谱疲劳分析得到各个节点在过去30年的节点疲劳损伤,然后,对损伤接近或大于1.0的节点进行基于单一曲线模型的裂纹扩展分析,以求得该节点在目前状态下裂纹扩展寿命。结果表明,目标平台计算疲劳热点满足继续使用的要求。此外,针对不同初始裂纹尺寸时的裂纹扩展寿命计算结果表明初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展寿命影响很大。 展开更多

关键词 疲劳裂纹扩展 单一曲线模型 谱分析 半潜式平台 疲劳损伤 平台节点 寿命预测

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复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报 被引量：11

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作者 王丽丽 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI 北大核心 2011年第4期383-388,共6页

船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题。该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进... 船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题。该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进行了研究。裂纹扩展方向用第一主应力准则确定,在裂纹扩展方向上给定不同的裂纹增量,得到不同长度裂纹的复合裂纹等效应力强度因子,并拟合这些计算结果得出船舶肘板的应力强度因子计算式。结合裂纹扩展率单一曲线模型对肘板裂纹扩展寿命进行了预报,预报结果与实验结果符合得较好,说明所采用的方法可行。对建立船舶典型节点的裂纹扩展寿命预报方法有参考价值。 展开更多

关键词 船舶节点 复杂应力场 裂纹扩展速率 裂纹扩展路径 等效应力强度因子 单一曲线模型

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一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法 被引量：2

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作者 张鼎 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期541-552,共12页

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹... 风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。 展开更多

关键词 风暴模型 波浪诱导应力 单一曲线模型 焊接残余应力 表面裂纹 疲劳裂纹扩展预报

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大型集装箱船高强度钢甲板裂纹缺陷的安全寿命评估 被引量：1

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作者 张鼎 黄小平 +2 位作者 丁仕风 洪英 徐博文 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第5期540-549,共10页

文章根据船级社规范的疲劳校核应力计算方法及应力范围长期分布的基本特征,采用等效应力法将船舶受到的外载荷转换为等幅疲劳载荷。将失效评估图技术和疲劳裂纹扩展计算方法结合起来,探讨复杂载荷作用下集装箱船高强度钢甲板安全寿命评... 文章根据船级社规范的疲劳校核应力计算方法及应力范围长期分布的基本特征,采用等效应力法将船舶受到的外载荷转换为等幅疲劳载荷。将失效评估图技术和疲劳裂纹扩展计算方法结合起来,探讨复杂载荷作用下集装箱船高强度钢甲板安全寿命评估方法,并考虑焊接残余应力的影响。对某大型集装箱船上甲板焊接接头焊趾处裂纹缺陷在复杂载荷作用下的疲劳寿命进行了评估,其中考虑了表面裂纹缺陷和埋藏裂纹缺陷两种情况。结果表明,初始裂纹的尺寸大小对裂纹扩展影响显著,且在相同的初始裂纹尺寸和外载荷条件下,表面疲劳裂纹对结构安全的危害性比内部的埋藏裂纹危害性更大。 展开更多

关键词 高强度厚钢板 失效评估图技术 裂纹缺陷 单一曲线模型 应力范围 寿命评估

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船舶折角型节点的疲劳裂纹扩展计算（英文） 被引量：1

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作者 孔小兵 黄小平 +1 位作者 赵鹏远 张道坤 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期1114-1127,共14页

文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应。为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船... 文章以船舶折角型节点为研究对象,运用有限元软件WALCS和PATRAN分别预报某船的水动力响应和结构热点应力响应。为避免计算表面裂纹应力强度因子时需要在PATRAN有限元模型中疲劳热点区域采用体单元建模,文中提出了一种计算波浪载荷下船海结构物三维表面裂纹应力强度因子而无需在PATRAN中建立体模型的方法,并通过与广泛认可的经验公式对比验证其精度。将此方法应用于该船船舯底边舱折角处表面裂纹应力强度因子计算,计算并总结出波浪载荷下该类节点处表面裂纹应力强度因子的无量纲计算经验公式。应用一种基于谱分析构建结构疲劳载荷谱的方法,结合单一曲线模型对该节点进行裂纹扩展计算。计算结果表明:该船船舯底边舱折角疲劳寿命不满足设计要求,建议对节点进行改进。 展开更多

关键词 波浪载荷 折角型节点 表面裂纹 应力强度因子 单一曲线模型

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考虑残余应力效应的深潜器耐压壳体疲劳研究

8

作者 薛鸿祥 杨奇 +2 位作者 郑祖中 罗秋明 唐文勇 《舰船科学技术》 北大核心 2017年第1期32-36,共5页

本文考虑焊接残余应力的影响,给出包含裂纹萌生和裂纹扩展全过程的载人深潜器耐压球壳疲劳寿命预报方法,分别基于局部应力-应变法和能计及负应力比效应的裂纹扩展单一曲线模型预报了耐压球壳的工艺疲劳寿命和使用疲劳寿命,研究焊接残余... 本文考虑焊接残余应力的影响,给出包含裂纹萌生和裂纹扩展全过程的载人深潜器耐压球壳疲劳寿命预报方法,分别基于局部应力-应变法和能计及负应力比效应的裂纹扩展单一曲线模型预报了耐压球壳的工艺疲劳寿命和使用疲劳寿命,研究焊接残余应力大小对球壳疲劳寿命的影响。结果表明,忽略拉伸残余应力的影响将导致疲劳寿命预测结果偏于危险;耐压球壳整体受压时,拉伸残余应力使得球壳局部区域承受拉-压循环载荷,计算使用疲劳寿命过程中须考虑其影响;降低拉伸残余应力可有效提高耐压球壳的疲劳寿命。 展开更多

关键词 残余应力 耐压球壳 疲劳寿命 局部应力-应变法 单一曲线模型

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海洋结构物疲劳裂纹扩展寿命的一种工程预报方法(英文) 被引量：8

9

作者 闫小顺 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期323-334,共12页

海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文... 海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文章从裂纹扩展法则、应力强度因子求解、疲劳载荷谱模拟上对裂纹扩展理论的工程应用进行研究,试图找出准确、合理且相对简单的方法。结合裂纹扩展的单一曲线模型、基于有限元子模型技术的应力强度因子求法以及基于谱分析的疲劳载荷谱产生方法,对某半潜式钻井平台典型焊接节点进行基于裂纹扩展疲劳寿命预报,并讨论了初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。结果表明,该半潜平台焊接结构符合设计寿命的要求,初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响很大,可为海洋结构物基于裂纹扩展的疲劳寿命预报提供参考。 展开更多

关键词 疲劳裂纹扩展 单一曲线模型 谱分析 应力强度因子 半潜平台

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肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报 被引量：4

10

作者 武锐锋 黄小平 《船舶力学》 EI 北大核心 2012年第5期549-556,共8页

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系... 肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。 展开更多

关键词 单一曲线模型 肘板趾端 表面裂纹 应力强度因子 随机载荷 疲劳裂纹扩展

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船舶含裂纹焊接结构剩余疲劳寿命可靠性预报 被引量：8

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作者 闫小顺 黄小平 周心桃 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第2期27-31,共5页

船舶服役期间工程技术人员需要对已检测到裂纹的构件进行剩余疲劳寿命可靠性评估,以便做出维修决策。鉴于基于S-N曲线和累计损伤理论的常规疲劳寿命预报方法对于损伤难以明确定义,本文基于裂纹扩展理论对船舶疲劳热点剩余疲劳寿命可靠... 船舶服役期间工程技术人员需要对已检测到裂纹的构件进行剩余疲劳寿命可靠性评估,以便做出维修决策。鉴于基于S-N曲线和累计损伤理论的常规疲劳寿命预报方法对于损伤难以明确定义,本文基于裂纹扩展理论对船舶疲劳热点剩余疲劳寿命可靠性预报方法进行研究。在考虑应力比和应力强度因子幅门槛值的情况下,研究求解裂纹扩展预报的快速数值计算方法。通过与蒙特卡洛模拟相结合,预报可靠性指标随时间的变化曲线、一定存活率下的剩余疲劳寿命等。以油船上某疲劳热点为研究对象,进行剩余疲劳寿命可靠性预报,为工程应用提供参考。 展开更多

关键词 剩余疲劳强度 裂纹扩展 单一曲线模型 疲劳可靠性

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