基于焊接应力场的高强钢疲劳寿命研究

运用 ANSYS APDL 语言编程,对船用高强钢 T 型试件的焊接过程进行了模拟,得到了其焊接残余应力场的分布规律。以预应力的方式将其应力场施加到结构的疲劳寿命计算过程中,得到了结构在焊接残余应力影响下的疲劳寿命。并通过与实验数据进行对比,较为直观地反映焊接残余应力对疲劳寿命的影响。     

海洋平台用EQ70高强钢焊接性研究

采用CONARC80焊条,手工电弧焊接EQ70钢,研究了焊接工艺对接头性能的影响.结果表明:在焊后热处理的条件下,其接头强度在焊接电流为180 A或200 A时,均能和母材等强;当焊接电流达到220 A时,则接头强度低于母材.EQ70钢焊接接头在室温均具有很好的冲击韧性.在150℃预热、200 A焊接电流和焊后热处理的...     

Cyclic behavior and strain energy-based fatigue damage analysis of mooring chains high strength steel

This study investigates the low-cycle fatigue behavior of mooring chains high-strength steel grade R4 under different strain amplitudes and strain ratios at room temperature. A fatigue test program has been carried out on small low cycle fatigue specimens cut from large mooring chains. The experimental results characterize the cyclic stress-strain relationship, the mean stress relaxation behavior, and the cyclic plasticity parameters of the material. Strain energy density is correlated with fatigue life through a simple power-law expression and very well represented by Basquin-Coffin-Mansion relationship. Further, a non-linear elastic-plastic material model is calibrated to the experimental stress-strain curves and used for the estimation of energy dissipation in the specimens under applied cyclic loads. The predicted fatigue life using the calibrated material parameters demonstrates a close agreement with the experimental fatigue life. Numerical simulations are carried out to analyze local plastic straining and assess crack initiation at the pit site of corroded mooring chains considering the multiaxial stress state. An energy-based approach is employed to estimate the number of cycles needed for a crack to initiate from an existing corrosion pit.     

磷含量对船板结构钢性能的影响

随着对海洋工业的开发,对于船体材料的研究成为目前的重要研究方向。船板用结构钢作为船体的重要组成材料,决定着船舶实际应用过程中的安全性和可靠性。船板结构钢的组成元素不仅决定着船板结构钢的性能,也决定着其冶炼工艺。对其化学元素进行研究能够从微观级别改进船板结构钢的组成,从而获得具有较好韧性、塑性、耐腐蚀性等优良特点的船板结构钢。本文研究磷含量对船板结构钢性能的影响,并对不同磷含量下的船板结构钢进行抗拉强度、塑性和韧性测试,并对结果进行记录分析,证实磷含量对于船板结构钢性能的影响。     

超声冲击对海洋工程大厚度高强钢焊接残余应力的影响

对海洋工程大厚度高强钢焊接结构焊后焊缝及母材进行局部超声冲击处理,采用X射线衍射法和小孔法测试冲击前后的残余应力,分析超声冲击工艺对焊接残余应力的影响.研究结果表明:大厚度高强钢焊接结构经覆盖焊缝及母材局部超声冲击处理后,焊接残余应力显著降低,冲击区域拉应力全部转化为压应力,压应力大小均匀,XRD测试压应力均值达到母材理论屈服强度的0.50~0.80倍,小孔法测试压应力均值达到母材理论屈服强度的1.10~1.30倍;EQ47拘束态高强钢焊接结构分别采用冲击强度10 s/cm2与20 s/cm2冲击后,冲击区域形成的压应力基本一致,纵向应力与横向应力大小接近,20 s/cm2冲击强度下纵向应力与横向应力接近水平优于10 s/cm2.     

钢纤维对超高性能混凝土性能的影响

钢纤维的几何尺寸是超高性能混凝土（UHPC）的增强和增韧的关键因素。采用不同长径比的钢纤维,通过试验研究钢纤维长径比对UHPC的工作性能和力学性能,并分析钢纤维长径比对UHPC的影响机理。结果表明,随着钢纤维长径比的增加,UHPC的坍落度和扩展度均不断降低,含气量增大;随着钢纤维长径比的增加,UHPC的抗压强度、抗折强度、弯曲韧性系数和抗冲击性能均不断增加,但增加幅度呈现不断降低趋势;钢纤维的长径比宜控制在60～100,可配制出工作性和力学性能优异的UHPC。该UHPC在某码头工程桩基修复加固中获得应用,取得了良好的应用效果。     

海洋平台用EQ70高强钢焊接性研究

采用CONARC80焊条手工电弧焊接EQ70钢,研究了焊接工艺对接头性能的影响.结果表明:在焊后热处理的条件下,其接头强度在焊接电流为180 A或200 A时,均能和母材等强;当焊接电流达到220 A时,则接头强度低于母材;EQ70钢焊接接头在室温均具有很好的冲击韧性;在150℃预热、200 A焊接电流和焊后热处理的条...     

基于总应变能的多轴疲劳模型研究

该研究提出一种多轴疲劳寿命预测模型。结合现有的几种多轴疲劳模型的优点和不足之处,分别对正应变能部分和剪应变能部分做出了修正,提出了一个能够适用于多种载荷形式的多轴疲劳寿命预测模型。该模型通过求解莫尔圆把剪应变幅作为临界面判定参量,把临界面上的总应变能作为损伤参量。运用SNCM630合金钢、纯钛和钛合金等4种材料的疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,尽管材料特性和载荷形式各异,但所有的预测寿命基本都落在了试验寿命两倍的公差带以内,这证明提出的新模型具有较高的预测精度。     

疲劳强度对船体结构设计的影响

船舶中的销轴结构在工作过程中的受力情况类似于一悬臂梁。船舶在航行过程中的激励载荷会使销轴上的支撑结构做轻微晃动,造成销轴末端受到较大应力,导致销轴结构疲劳寿命较差。为了提高某船用销轴结构疲劳寿命,改善其设计质量。本文构建销轴的三维结构,并采用有限单元法建立销轴结构双工况有限元模型,获得销轴结构应力分布以及销轴末端位移参数。并将随机载荷谱、疲劳寿命曲线、有限元法相结合,获得销轴结构在外界随机激励载荷情况下的疲劳破坏点,该方法同样可为船舶其余结构设计提供参考。     

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。     

舰用907A钢结构高频疲劳裂纹扩展试验研究

采用预制缺口的舰体结构试样,对舰用907A钢在拉伸疲劳载荷作用下的裂纹扩展规律进行了高频疲劳试验研究,得出在拉伸疲劳载荷作用下舰体结构的裂纹扩展规律,模拟了舰船在航行时波浪交变载荷对舰船结构的破坏作用,试验结果对预报破损舰船在波浪中航行时的裂纹扩展情况具有参考作用。     

Structural behavior and design of high-strength steel welded tubular connections under extreme loading

The present work is motivated by the increasing need for cost-efficient solutions in offshore structural systems for wind energy production and for improvement of their structural performance. The structural behavior and design of high-strength steel welded tubular connections (yield strength higher than 700 MPa) subjected to monotonic and strong cyclic loading is investigated. In the first part of the paper, an experimental investigation is presented on high-strength steel tubular X-joints subjected to monotonic and cyclic loading far beyond the elastic limit of the material, leading to weld fracture. Two grades of weld metal material are employed in the welding process of the specimens. The experimental results indicate that the weld material grade has a significant influence on the deformation capacity of the welded connection under monotonic loading conditions, and its low-cycle fatigue life. The experimental procedure is simulated using advanced finite element models, elucidating several features of joint behavior and complementing the experimental results. Overall, a good agreement is found between numerical simulations and experimental results, in terms of both global response and local strains at the vicinity of the welds. Furthermore, the structural performance of the welded tubular joints under consideration is assessed using available design methodologies in terms of both ultimate strength and low-cycle fatigue resistance, in an attempt to validate an efficient design methodology for low-cycle fatigue. The results from this research effort are aimed at developing the necessary background for the possible use of high-strength steel in tubular steel lattice structures, particularly in offshore platforms for renewable energy production. They can also be used as a basis for the possible amendment of relevant design specifications and recommendations for including special provisions for high-strength steel structural systems.     

钢悬链式立管涡激振动疲劳损伤参数分析

针对钢悬链式立管的结构特性,采用了简化后的振动模型。先对立管进行了模态分析;再根据立管的模态特性结合环境水流参数,采用模态叠加法对立管进行了涡激振动疲劳损伤分析。分析过程中,通过改变流速大小、立管壁厚、立管外径、内部介质以及抑制立管涡激振动的螺旋列板长度等参数,对立管的涡激振动疲劳损伤进行了相应的参数分析。结果表明:立管疲劳损伤随水流速度的增大、立管外径的增大以及内部介质密度的降低呈现上升趋势,但是壁厚变化对立管疲劳损伤大小影响却不显著。     

大水位差码头系靠泊结构形式的探讨

分析码头系靠泊结构形式的现状和大水位差码头系靠泊结构形式的特点,并结合库区港口地形及水位变化的特点,提出适用于大水位差码头系缆的新型磁力系靠泊结构,重点介绍该结构形式的组成及工作机理,探讨大水位差码头系靠泊结构形式的发展趋势,从而促进码头结构的优化。     

高强度钢超高周疲劳特性试验研究

该文介绍以20kHz超声波振动疲劳试验机对三组55SC7高强度钢试材作超高周疲劳特性试验研究,试验结果表明：在高周区及超高周区S－N曲线呈下降趋势,与传统假设完全不一,疲劳强度并不随其硬度（Hv)及弹性极限σ(b)的提高而提高,疲劳裂纹萌生于试件内部,主要由硫化物和钙化物等质所致。     

Experimental investigation of structural system capacity with multiple fatigue cracks

Few experimental data sets exist in the literature to support the development and evaluation of digital twins predicting structural degradation. The literature is especially sparse for system tests where multiple failures occur and interact. In this work, a laboratory-level experiment is conducted to mimic many of the properties of larger and more complex marine structures with redundant load paths, failure interaction, and component-to-system level integration. In the experiment, such properties are reflected by a hexagon tension specimen with four propagating fatigue cracks tested under displacement-controlled loading. The applied loading cycles and corresponding crack lengths are recorded as the major time-varying data of degradation, with the resisting force at maximum extension used as the system capacity. A novel computer vision method is used to measure the crack length. Strain gauges are also used to monitor the structure’s status. The experimental data is presented and analyzed in this paper. The resulting data sets can be used to evaluate the performance of different digital twin updating approaches.     

DH36钢趾端焊接接头低温疲劳试验研究

常温S-N曲线无法满足极地低温环境下船海结构疲劳设计的需要,开展了-60℃条件下的船用DH36钢焊接接头低温疲劳强度试验研究。根据国标准设计DH36钢趾端焊接接头的疲劳标准试件,将试件放置在低温箱内采用热点应力方法进行疲劳热点应力测试,并与有限元计算结果进行对比分析,验证了试验测量的可靠性。试验共测量了两级应力范围水平,每级应力范围水平测量14个试件,基于测得的热点应力范围及疲劳寿命,利用单侧容限系数法得到了不同存活率下的p-S-N曲线,结果表明,低温条件下疲劳寿命符合对数正态分布,低温疲劳寿命高于常温疲劳寿命。     

大结构模型中多裂纹种类并行疲劳试验方法研究

大结构模型低周疲劳试验周期较长,成本高,一般情况只能通过一只或少量的模型研究裂纹的形成机理和扩展规律,确定裂纹的形成寿命和扩展寿命.文章通过开展裂纹尖端的应力场研究,提出了一种在大结构模型中预制多种裂纹类型同时进行低周疲劳试验的并行疲劳试验方法.利用该方法开展了锥柱结合壳结构模型疲劳试验,得到了该模型的多种裂纹类型的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命试验结果,验证了并行疲劳试验方法的可行性和可信性.     

CFRP加固损伤钢板的拉伸及疲劳性能研究

文章基于Dugdale模型理论提出CFRP加固含裂纹钢板加固量的计算方法。通过虚拟裂纹闭合法建立模型来模拟塑性钢板的破坏过程,并完成相关试验,验证了CFRP加固含裂纹钢板有效粘贴长度、有效粘贴宽度取值的有效性。同时利用Paris公式预估疲劳寿命,并结合相关试验数据,探究了CFRP加固对含裂纹钢板疲劳寿命的提高作用。研究表明,有效粘贴长度、有效粘贴宽度的理论取值有效;通过CFRP双侧加固竖裂纹、斜裂纹钢板构件可分别使其疲劳寿命得到显著提高。     

水声环境复杂性对声呐探测距离的影响

声呐作用距离与水文条件密切相关,同样一部声呐在不同的海洋环境中其探测性能往往相差十分悬殊。除了声呐设备本身性能外,水声环境对声呐探测性能也有相当大的影响。针对潜艇经常活动的浅海区域,介绍浅海水声传播机理,建立不同水文条件下声传播的射线声学模型。对3种典型水文条件下的声传播规律仿真,提出了声呐如何根据不同水文条件进行合理使用的策略,为提高声呐探测性能的稳定性提供参考。