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LNG船的疲劳强度计算与分析

船舶 2003年第6期14卷 19-23页

作者：阎晓艳林莉王刚唐文勇张圣坤上海交通大学船舶与海洋工程学院中国船级社上海规范研究所

本文基于S-N曲线法的疲劳累积损伤度原理,根据中国船级社(CCS)和挪威船级社(DNV)的船体结构疲劳强度指南,采用名义应力的疲劳计算方法,对一艘150 000 m3LNG船进行了疲劳强度校核,对计算结果进行了分析,并提出了合理的建议。

关键词： LNG船 S-N曲线法疲劳强度超越概率水平疲劳累积损伤度

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基于简化方法的薄膜型LNG船疲劳特性研究

基于简化方法的薄膜型LNG船疲劳特性研究

作者：张帆华中科技大学

学位级别：硕士

薄膜型LNG船是世界上技术难度最高的船舶之一,它装载的液化天然气要保存在很低的温度环境中。由于LNG船的用途及其特殊的结构形式,在其营运过程中对其进行检查将十分困难。因此对设计和建造过程中的结构可靠性要求极高,即其允许发生的... 详细信息

薄膜型LNG船是世界上技术难度最高的船舶之一,它装载的液化天然气要保存在很低的温度环境中。由于LNG船的用途及其特殊的结构形式,在其营运过程中对其进行检查将十分困难。因此对设计和建造过程中的结构可靠性要求极高,即其允许发生的结构缺陷要远远小于常规船舶。它的结构疲劳问题也对船体结构提出了更高的要求。薄膜型LNG船的使用寿命长达40年,与常规船型20到25年的使用年限相比,它的疲劳强度显得尤为重要,所以对LNG船的疲劳强度进行分析很有必要。目前各国船级社提出的疲劳强度评估方法主要可分为简化算法和直接计算法。在简化算法中,疲劳载荷和应力计算是用简化公式;或者载荷用简化公式计算,应力是用有限元直接计算;在直接算法中,载荷是用波浪载荷程序直接计算,应力用有限元直接计算,然后采用谱分析的方法或设计波的方法进行疲劳累积损伤的计算。本文采用简化算法对一艘138000m3LNG船的纵骨节点和底边舱折角点进行疲劳损伤计算,波浪弯矩、波浪动压力、液舱动压力采用经验公式计算得到,应力范围采用有限元模型的计算方法得到,其中应力范围长期分布假定为Weibull分布,根据节点形式选取一定的S-N曲线,计及各种应力成份组合分别进行基于名义应力法和热点应力法的疲劳校核,并对结果进行了分析。从本文的分析结果可以看出,LNG船的上甲板和船底板上的纵骨节点处的疲劳损伤度相当,都比舷侧纵骨节点的疲劳损伤度大。薄膜型LNG船的舷侧具有较好的抗疲劳性能。计算结果表明,LNG船的完整双壳结构对降低疲劳损伤度,提高疲劳寿命有益。本文的计算结果可以为以后的LNG船的疲劳强度分析和校核提供参考。在设计时,可参考疲劳强度校核结果改进结构节点的设计,以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。

关键词：薄膜型LNG船疲劳累积损伤度名义应力法热点应力法

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基于共同规范的散货船热点疲劳强度研究

基于共同规范的散货船热点疲劳强度研究

作者：金秋东武汉理工大学

学位级别：硕士

船舶结构作为一个复杂的结构体,在复杂的载荷环境中使用的时候,笔者关心的不仅仅是其强度、刚度、稳定性的问题,也特别关注其在正常情况下的使用寿命即疲劳问题。船舶结构的疲劳是一种过程,是指船舶结构在受到交变循环载荷作用下,随着... 详细信息

船舶结构作为一个复杂的结构体,在复杂的载荷环境中使用的时候,笔者关心的不仅仅是其强度、刚度、稳定性的问题,也特别关注其在正常情况下的使用寿命即疲劳问题。船舶结构的疲劳是一种过程,是指船舶结构在受到交变循环载荷作用下,随着时间的累积,结构应力集中处从产生微小的裂纹,到裂纹张开,最后形成脆性断裂的一个过程。随着航运的发展,高强度钢在船体结构中被广泛应用,虽然满足了船体的屈服应力和稳定性要求,但由于疲劳强度不足而引起的船舶事故也随着频繁发生。疲劳强度之于船舶安全的重要性日益凸显。本文基于共同规范对船舶一般容易发生疲劳断裂的区域进行热点疲劳强度的评估。《散货船共同规范》于2006年4月1日颁布,并强制实行。《共同规范》中关于对疲劳强度做了专门的要求,提高了对船舶疲劳寿命的要求。IACS制定的共同规范在某种程度上可以消除IACS成员国中在关于船舶结构的最小尺寸的竞争,从而可以使船舶结构更加的牢固,并且CSR的出台实现了各国经验的共享,因而有利于整个船舶行业的健康发展。疲劳强度对于船舶结构安全的重要性已不言而喻。对船舶的关键部位的疲劳强度的校核研究显得很有必要,这将对以后的研究和工作也会有指导的作用。基于此,本文讨论了船体结构疲劳评估的基本原理和基本方法,详细分析了散货船疲劳的热点应力法,并以一条散货船实船为算例进行具体说明。本文的详细工作如下:1)研究并理解IACS的《散货船结构共同规范》和中国船级社《船体结构疲劳强度评估指南》中的有关船体结构疲劳强度的分析方法。2)研究船舶结构疲劳评估的方法、原理。重点介绍基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤原理的疲劳累积损伤的计算方法。3)研究《散货船共同规范》中关于疲劳评估方面的知识。着重介绍了CSR规范在评估热点疲劳时所需要载荷:外部动载荷、内部货物动载荷以及船体梁载荷。并介绍了热点应力范围的计算以及合成,并且叙述了疲劳累积损伤度的计算方法。4)选取71 000DWT散货船进行实船计算,依据IACS《散货船结构共同规范》和CCS《船体结构疲劳强度评估指南》(2007)对所选散货船进行热点应力疲劳强度评估,并对两种方法的评估结果进行比较分析。5)对热点疲劳计算的结果进行分析,并且指出其热点应力法进行疲劳评估时的影响因素。并且叙述关键区域选取的问题以及对本文进行总结,并对以后的船舶疲劳评估的热点应力法的研究工作进行展望。

关键词：船舶结构共同规范有限元直接计算疲劳强度评估热点应力法疲劳累积损伤度

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焊接残余应力对船体结构疲劳强度影响的分析

焊接残余应力对船体结构疲劳强度影响的分析

作者：高博集美大学

学位级别：硕士

钢制船舶是一类大型的复杂焊接结构物，长期承受波浪、货物压力及压载水等引起的不断变化的动载荷，在这些动载荷作用下，船体结构容易出现疲劳失效现象，同时近年来随着高强度钢在船舶与海洋工程类结构物上广泛应用，船体结构的疲劳损... 详细信息

钢制船舶是一类大型的复杂焊接结构物，长期承受波浪、货物压力及压载水等引起的不断变化的动载荷，在这些动载荷作用下，船体结构容易出现疲劳失效现象，同时近年来随着高强度钢在船舶与海洋工程类结构物上广泛应用，船体结构的疲劳损坏格外突出。船体结构的焊缝区域是整个结构中敏感脆弱部位，焊接残余应力的存在对船体结构的疲劳强度有直接影响。因此，针对焊接残余应力对船体结构疲劳强度影响分析尤为重要。以一艘散货船作为研究对象，依据《散货船共同结构规范》，采用有限元直接数值算法，建立了散货船三舱段结构模型。通过确定边界条件及网格划分，建立了三舱段有限元分析模型。同时，考虑均匀装载、隔舱装载、正常压载和重压载四种装载工况以及每种装载的载荷的工况，计算船体结构疲劳评估所需载荷。选取疲劳热点，并对热点部位进行网格细化。编制APDL有限元自动加载程序并在ANSYS中分析，得到热点的响应应力，对热点应力进行提取和处理,得到热点的等效切口应力范围，最终获得各热点疲劳累积损伤度，并对结果进行分析。在此基础上，取四组不同应力水平的焊接残余应力，通过焊接残余应力的加载并提取应力分析结果。对比分析了焊接残余应力作用下，各热点的累积疲劳损伤度,研究结果表明，焊接残余应力对散货船结构疲劳强度有较大影响。计算结果对焊接残余应力的松驰方法、散货船疲劳强度计算具有借鉴意义。

关键词：船体结构疲劳强度疲劳累积损伤度有限元焊接残余应力 S-N曲线影响

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内河沥青船热应力参数敏感性及疲劳强度分析

内河沥青船热应力参数敏感性及疲劳强度分析

作者：钟梓锋江苏科技大学

学位级别：硕士

沥青船是一种具有高附加值的运输船舶,由于加热装置以及隔热层等结构的存在,使得沥青船在建造过程中存在一定难度。沥青船运载的石油沥青温度在120℃80℃之间,高温液货不仅大幅度增加了船舶双壳结构的温度梯度,而且给船舶构件带来了明... 详细信息

沥青船是一种具有高附加值的运输船舶,由于加热装置以及隔热层等结构的存在,使得沥青船在建造过程中存在一定难度。沥青船运载的石油沥青温度在120℃80℃之间,高温液货不仅大幅度增加了船舶双壳结构的温度梯度,而且给船舶构件带来了明显的附加温度应力,甚至有可能使局部构件产生屈服,从而危及结构的安全。但之前有关内河沥青船的研究较少,因此对于此类船舶结构强度与疲劳强度的评估就具有较高的工程价值。本文以内河石油沥青船为例,完成了温度场计算、总体强度分析以及疲劳强度分析,总结了内河石油沥青船结构与疲劳强度的一些特点。具体研究工作及成果如下:首先,介绍了沥青船营运状态下整体装载工况和环境条件分布,结合CCS《船舶结构疲劳指南》的经验公式计算得到波浪弯矩、水动压力、船舶运动加速度等载荷。其次,采用***软件建立船体结构网格模型,将上述计算载荷直接加载到船体结构上或通过MPC点关联重心位置完成载荷的施加。然后开展有限元计算,其中分别考虑当装载情况不变的情况下,有无热应力时,船体结构的受力影响。针对热应力的影响因素,选取其中主要的三个参数分别为隔热层厚度、沥青温度以及船体外部温度进行分析计算。基于四种工况的应力计算结果,进行应力集中区域的筛选,研究得出船舶波浪载荷的选取原则、总体强度影响因素及可能发生疲劳破坏的区域。同时考虑船舶在航行过程中遇外舷侧破损情况下,由于船体进水导致内舷侧处会出现较大的温度梯度,使得船体应力增加,因此可能在船舶航行过程中发生危险。最后介绍了基于S-N曲线和Palmgren-Miner累积损伤原理的名义应力法以及热点应力法分析流程,结合总体强度分析与规范要求得出高应力区域。通过进行热点的筛选与精细网格的建立,用名义应力法计算9个疲劳热点的累积疲劳强度,然后选取最靠近纵向槽型舱壁纵骨以及底边舱折角位置进行热点应力计算,对比两种疲劳强度计算方法结果可以发现,虽然两种方法结果存在一定差异,但是每个方法结果中仍是上甲板、内底板要大于舷侧处纵骨节点的累积疲劳损伤。

关键词：石油沥青船热应力分析敏感性分析疲劳累积损伤度名义应力法热点应力法

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船体总段对接焊缝结构疲劳寿命分析评估

舰船科学技术 2009年第6期31卷 27-30,41页

作者：罗瑞锋唐文勇宋友良上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 中国船舶工业集团公司船舶工艺研究所上海200032

船体的分段模块化建造模式正逐渐成为现代造船的主流模式。为充分发挥这一造船模式的效率和优势,分段合拢中的对接形式也从以往的"阶梯式"开始往"一刀齐"方式转变。本文根据中国船级社的船体结构疲劳强度指南,基于热点应力S-N曲线法的... 详细信息

船体的分段模块化建造模式正逐渐成为现代造船的主流模式。为充分发挥这一造船模式的效率和优势,分段合拢中的对接形式也从以往的"阶梯式"开始往"一刀齐"方式转变。本文根据中国船级社的船体结构疲劳强度指南,基于热点应力S-N曲线法的疲劳累积损伤理论,对某舰船的总段对接焊缝进行了疲劳强度和疲劳寿命的计算分析。结果表明,该舰船在总段合拢中采用纵骨与板同一截面的对接形式,其结构的疲劳性能与传统的纵骨与板交错布置的对接形式相当。本文结论为在区域造船总段合拢中推广纵骨与板同一截面工艺提供了参考依据。

关键词：对接焊缝热点应力法 S-N曲线疲劳强度疲劳累积损伤度