讲座-5 再生混凝土骨料及其对混凝土复合材料疲劳性能的影响 (SPS) 讲座-6 复合材料和结构疲劳寿命建模和预测的计算工具 (APV) 讲座-7 实际载荷条件下的疲劳寿命预测 (恒定寿命图) (APV) 第三天,星期三,2024 年 11 月 20 日 讲座-8 基于 GFRP 层压板的蠕变-疲劳相互作用损伤模型
本文介绍了 CETENA 和意大利海军开展的活动,通过自动船体监测系统评估新型 FREMM 护卫舰的行为,并通过专门开发的后处理工具分析记录数据来预测船舶结构的预期疲劳寿命。关键词:船体监测系统;疲劳;长期预测;决策支持系统;虚拟传感器。引言未来海军舰艇设计的实际主要目标是提高性能、强度和寿命,同时减轻重量、油耗、脆弱性和特征。尽管目前可用的设计工具(数值代码、FEM/BEM 模型等)为设计师提供了很大帮助,允许以相对有限的精力和时间探索出许多替代解决方案,但预测船舶在波涛汹涌的大海中的行为,特别是结构的疲劳寿命目前还无法以高成本实现。船上安装监测系统可以监测和记录与整艘船或局部结构相关的大量全尺寸数据。为了实现这一目标,意大利海军要求在 FINCANTIERI 设计和建造的新型 FREMM 护卫舰上安装船体监测系统 (HMS):本文描述的系统由 CETENA 设计和开发,符合附加船级符号 RINA MON-HULL+S。HMS 监测和记录船舶刚体运动、船体梁弯曲力矩、结构细节的局部应变、船舶结构细节经历的疲劳循环、作用于船体的压力、海况和船舶的运行条件等数据。
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通过分析全尺寸船舶结构监测数据评估和预测船舶结构的疲劳寿命 Lt Salvatore La Marca(意大利海军)、Giovanni Cusano(CETENA S.p.A.) 设计未来海军舰艇的实际主要目标是提高性能、强度和寿命,同时降低重量、油耗、脆弱性和特征。目前可用的设计工具(数字代码、FEM/BEM 模型等)为设计师提供了很大的帮助,使他们能够以相对有限的精力和时间探索多种替代解决方案:无论如何,考虑到船舶结构疲劳效应的船舶寿命预测目前还无法以高可承受水平实现。在船上安装和运行自动船体监测系统 - 从多个传感器获取数据并从结构强度和疲劳寿命的角度对其进行分析 - 可以建立一个与船舶在运行条件下的行为相关的信息数据库。CETENA 设计和开发的 HMS(船体监测系统)已安装在意大利海军拥有和运营的许多船舶上,从护卫舰到航空母舰:该系统监测和记录船舶刚体运动、作用于船体的压力、船体梁的弯矩、结构细节的局部应变、海况和船舶的所有运行条件的数据;此外,它通过雨流法计算船舶结构经历的疲劳循环次数、幅度和平均值。CETENA 和意大利海军联合设计并由 CETENA 开发的后处理工具可以简单地分析这些数据,其中包括在可配置的时间范围内对统计和疲劳数据进行长期推断:根据前几年经历的应力和疲劳循环,通过适当的推断算法评估未来作用于船舶结构的最大应力和预期的疲劳寿命。主要附加值在于一方面可以从 CBM 角度管理船舶结构的维护,另一方面可以根据船舶的设计运行情况评估船舶在过去和未来几年的有效行为:这样,未来船舶的设计可以得到改进,并更好地根据海军的具体需求进行定制。意大利海军采用的疲劳寿命估算和基于经验和测量数据的设计方法的下一步是扩展 HMS 功能:CETENA 正在开发的新系统不仅会通过船上的实际传感器获取信息,还会通过“虚拟”传感器获取信息,即它将根据系统内部实施的 RAO 评估应力和疲劳循环,从而增加测量点的数量而不会对船舶产生影响(不添加传感器或电缆):计算值将与配备传感器的其他点的测量值进行交叉检查,即使在“虚拟”传感器中也能获得可承受性。就轻质复合材料的使用而言,意大利海军舰艇也进行了许多改进:这种创新结构也经常由 CETENA 定制的监控系统进行测量和监控,以评估其设计并获取有关其在运行条件下的行为的知识,最终目的是改进其未来舰艇的设计。
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在石油和天然气工业中,螺纹管接头经常用于连接套管柱、钻杆柱或生产和运输立管和管道。接头通常预紧,以便在使用过程中保持密封和安全连接并避免泄漏。锥形螺纹是一种常见的接头,为了在组装时对螺纹接头施加预紧力,需要施加一定的拧紧扭矩。拧紧扭矩加上外部载荷导致接头上出现多轴应力分布,其中螺纹接头充当应力集中器。波浪和洋流等环境会导致动态载荷作用于管道和海上结构。海上结构中最薄弱的环节是管道接头,因为接头螺纹中会产生疲劳裂纹。
在本研究中,开发了一个通用概率设计框架,用于预测金属硬件的循环疲劳寿命,所采用的方法解决了实验数据和计算模型中的不确定性。该方法涉及:(i)在 Ti6Al4V 材料试样上进行的疲劳试验数据,(ii)基于连续损伤力学 (CDM) 的材料本构模型,用于模拟材料的循环疲劳行为,(iii)基于方差的全局灵敏度分析,(iv)用于模型校准和不确定性量化的贝叶斯框架,以及(v)在不确定性下的计算寿命预测和概率设计决策。使用实验数据进行计算分析的结果证明了在存在不完整和噪声数据的情况下,概率设计方法用于模型校准的可行性。此外,使用概率设计方法可以评估计算模型预测的疲劳寿命的可靠性。[DOI: 10.1115/1.4038372]
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在石油和天然气行业,螺纹管接头经常用于连接套管柱、钻杆柱或生产和运输立管和管道。接头通常预紧,以便在使用过程中保持密封和安全连接并避免泄漏。锥形螺纹是一种常见的接头,为了在螺纹接头组装时引入预紧力,需要施加一定的拧紧扭矩。拧紧扭矩加上外部载荷导致接头上出现多轴应力分布,其中螺纹接头充当应力集中器。波浪和洋流等环境会导致动态载荷作用于管道和海上结构。海上结构中最薄弱的环节是管道接头,因为接头螺纹中会产生疲劳裂纹。