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铝制船舶结构止裂装置的开发
SSC 2010 财年项目建议：制定确定船体残余应力的通用设计指南 提交人：Sreekanta (Sree) Das，加拿大温莎大学。1.0 目标。1.1 船体是船舶的主要结构部件，通常由加强钢板制成。钢板通过焊接加强筋来加强。焊接过程会产生残余应力，这会导致裂纹萌生和裂纹扩展的潜在问题。已完成一些研究，以确定由带有一个或两个加强筋的钢板组成的船体部件中残余应力纵向分量的分布。然而，需要进行详细的研究以制定全面的设计指南，供船舶制造商、航运业和结构工程师用来确定残余应力所有三个法向分量的真实分布。因此，拟议项目旨在开展一项详细研究，以制定一般准则，帮助确定船体所有位置和三个方向的残余应力的所有三个分量。这项研究还将考虑焊接过程中的停止和启动以及加强筋的突然终止的影响。最先进的中子衍射 (ND) 方法将用于实验研究中残余应变的精确测量。非线性有限元 (FE) 建模将用于详细的参数研究。2.0 背景。2.1 船体结构由钢板制成，钢板由钢梁和大梁加固。结构部件（梁、大梁、板）通过焊接连接。焊接过程会在板材中产生大量热量输入，因此，当加固板冷却时会产生局部残余应力。船舶承受连续的循环载荷，因此疲劳失效和疲劳寿命是船舶结构的主要设计考虑因素之一。由于应力集中和残余应力的存在，大多数疲劳裂纹和随后的疲劳失效都始于两个结构部件之间的连接处。已经完成了大量研究工作，以确定考虑残余应力影响的船体结构疲劳寿命。在这些研究中，假设残余应力的纵向分量具有理想化且非常简单的分布，尽管人们知道残余应力分布取决于几个因素，包括 (i) 焊接过程中产生的热输入水平、(ii) 母钢板的厚度和 (iii) 加强筋的间距。最近完成的项目 SR-1456 考虑了热输入水平
钢焊接件的裂纹止裂韧性
在当前计划中，强调了全厚度 CCA 样品的局限性。对于可归类为 CCA 测试（W ≤ 300 mm）的合理样品尺寸，现代船板（屈服强度 400 MPa）可测量的最大止裂韧性约为 172 MPa √ m。对于低 C、低 S、TMCP 材料，在目标温度下 LT 方向的裂纹止裂韧性预计会超过该值。但是，在不同于 LT 的方向（即 TL 或 45 o 至 LT）下，韧性可能会降低，这可以通过裂纹分叉来证明。在与分叉裂纹路径和 TL 方向一致的方向上对相同基材进行 CCA 测试是值得的。这种评估变得很重要，因为新船是使用这些现代钢材建造的，并且在细节区域，主应力可能与船的长轴不一致，并且裂纹可能采用阻力最小的路径。
铝制船舶结构止裂装置的开发
2.1 加拿大和美国的经济在很大程度上依赖于进出口，而进出口大部分是通过船舶运输的。因此，船舶的性能和安全对其整体经济至关重要。这些船舶承受各种结构载荷，包括波浪作用引起的疲劳载荷，还可能因与冰和其他物体碰撞而承受冲击载荷，此外还有船舶自重和所载人员和货物重量产生的服务载荷。此外，如果这些船舶在北大西洋和太平洋以及北冰洋航行，它们可能会经受寒冷天气。气候变化使北冰洋部分地区在更长的航运季节内可以航行。因此，如今，更多的商业货船在北极水域航行，夏季也有少量游艇航行。预计在不久的将来，将有更多的商业船舶、游艇和沿海巡逻船穿越西北航道，航行时间会更长。因此，我们脑海中自然而然地浮现出一个问题：“航行于北冰洋西北航道的船舶将面临哪些挑战？”例如，北极船舶在西北航道面临的众多危险之一就是北极岛屿解体释放的重冰。北极船舶可能还需要面对许多其他未知和已知的威胁和挑战。因此，该项目旨在进行范围界定研究，旨在确定船舶在北冰洋航行时需要面对的结构行为方面的各种挑战和问题。
铝制船舶结构止裂装置的开发
2.2 在船舶结构典型的疲劳载荷循环中，裂纹尖端的应力从拉伸变为压缩。在压缩应力期间以及在载荷循环的部分拉伸部分中，应力强度小于打开裂纹尖端所需的值 K OP ，由于裂纹闭合的影响，不会发生裂纹扩展。在疲劳试验（例如 SSC-448 的试验）中考虑裂纹闭合，其方法为通过测量载荷循环期间的裂纹打开位移并观察载荷与裂纹打开位移曲线中的非线性来确定 K OP 。通过这样确定的 K OP 估计值，可以确定应力强度因子的有效范围� K 有效 。SSC-448 等来源中提供的 da/d/N 与 DK 的关系图实际上是� K 有效 的函数。
船体裂纹阻止系统研究
调查了船舶工程师、造船厂和监管机构，以确定目前和预期的船体方法。调查的结果是，开发了裂纹止裂器分类系统。该分类用于协助系统调查，旨在确定最有吸引力的实际船体裂纹止裂方案。除了描述分类系统外，报告中还给出了示例计算，定量显示了在快速移动裂纹的路径上施加各种机械止裂装置的效果。还提供了有关止裂快速断裂和疲劳所需的理论概念和材料特性的大量背景材料。总之，报告中描述的工作可以作为为船舶设计师制定指南的第一步，在预计结构扰动传播的情况下，以止裂不稳定裂纹
动态裂纹扩展和停止...
现有的关于裂纹止裂的争议与标准无关（方程 3A 和 3B），而是由于动态分析的缺乏以及对 、 和 的相对贡献的不确定性。dA dA dA 在 SSC-242 [3] 中，Kanninen 对有限尺寸楔形载荷矩形 DCB 试件的扩展和止裂进行了完全动态分析。该分析表明，动能释放率 - dTD 与该试件扩展后期的应变能释放率 - dUD 相当。还发现 - dUD 和静态计算值之间存在很大差异，看来动态效应一般不能忽略。
水力压裂：商业秘密和压裂水成分的强制披露
与此同时，促使更多公司自愿披露的运动也在进行中。最终，促使自愿披露的运动几乎变得毫无意义，因为大多数拥有大量石油和天然气活动的州都颁布了强制性披露规则。但自愿披露运动至少产生了一项具有持久意义的进展。2011 年 4 月，地下水保护委员会 69 和州际石油天然气契约委员会 70 联合推出了 FracFocus 71 网站，公司可以自愿披露美国任何地方每个油井使用的压裂液的成分。即使在大多数重要的石油和天然气州颁布了强制性披露法规之后，FracFocus 仍然具有相关性，原因是几个州的法规要求公司通过直接向 FracFocus 发布信息来进行披露，而不是直接将披露信息发送给监管机构。72 例如，德克萨斯州立法机构于 2011 年中期颁布了一项立法，73 指示德克萨斯州铁路委员会起草法规，要求公司通过发布信息逐个披露压裂液成分。