CN112906269B - 一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，所述方法包括以下：步骤110：建立全随机疲劳寿命预测模型；步骤120：获取目标复杂结构的3D模型，确定所述3D模型的所有流水孔的位置以及尺寸，并将所述3D模型输入至所述全随机疲劳寿命预测模型中，得到相关预测结果；步骤130：根据相关预测结果确定存在应力集中的流水孔；步骤140：对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整，并实时关注调整后的预测结果，直到应力集中问题解决。本发明的能够利用结构设计中的调整流水孔位置有效降低了应力集中，同时利用激光冲击强化的方法，进一步形成残余压应力，提高复杂结构的疲劳寿命。

Description

一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法
技术领域
本发明涉及原油转驳船领域，具体涉及一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法。
背景技术
中国的石油对外依存度已超过70%，而我国陆地石油资源匮乏，使得深海石油资源的探索备受关注，浮式生产储油船（Float Production Storage and Offloading，FPSO）正在得到广泛应用，常规的“FPSO+穿梭油船”的运输模式将受到复杂的作业海况影响，穿梭油船的运载能力不足，运营成本高，不能满足市场需求。在这样的时代背景下，原油转驳船（Crude Transfer Vessel，CTV）应运而生。CTV是一种起到海上石油钻井平台与贸易油轮之间传输桥梁作用的船型，对于未来的中国海洋战略有着重大意义。
原油转驳船服役时受到随机载荷作用，通常出现在船舱内部，起到支撑船体，承受复杂海洋负载的作用。流水孔是船体结构中广泛存在的一种结构，它的作用是使骨材间的残余水流走，在焊接时可以包角焊。流水孔一般设计在型材端部，根据作用不同也可称为过焊孔，透气孔等。船舱内部复杂结构流水孔区的应力集中大，全随机载荷疲劳寿命短，容易造成裂纹和疲劳破坏。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的问题之一，本发明提供一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法。
具体的，提出了一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，所述方法包括以下：
步骤110：建立全随机疲劳寿命预测模型；
步骤120：获取目标复杂结构的3D模型，确定所述3D模型的所有流水孔的位置以及尺寸，并将所述3D模型输入至所述全随机疲劳寿命预测模型中，得到相关预测结果；
步骤130：根据相关预测结果确定存在应力集中的流水孔；
步骤140：对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整，并实时关注调整后的预测结果，直到应力集中问题解决。
进一步，上述步骤110中建立全随机疲劳寿命预测模型具体包括以下，
确定负荷转移方程，结合边界位移进行有限元分析建立热点应力转移方程，在热点应力转移方程中融合波浪数据S-N曲线得到全随机疲劳寿命预测模型，对处于工作状态的船舶而言，整个船体会受到每30度一个共12个方向的海洋波载荷，每个方向大约有20–25个波频率；通过有限元计算出局部的热点应力响应传递函数结构模型；通过结合应力传递函数来计算全随机疲劳寿命预测模型。
进一步，在上述步骤140之后还会对目标复杂结构进行激光冲击强化，
具体的，所述激光冲击强化包括，
在目标复杂结构上涂覆涂层，所述涂层用于保护目标复杂结构不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，在涂层上还涂覆有柔性透明约束层，激光脉冲通过所述柔性透明约束以及涂层对目标复杂结构进行冲击强化，其中柔性透明约束层的作用为约束强化过程中产生的等离子体，使激光冲击的能量能充分作用在目标复杂结构的表面。
进一步，所述柔性透明约束层具体为透明有机胶。
进一步，上述对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整遵循以下准则：流水孔的位置应当调整至非截面的剧烈变化处，流水孔的尺寸应当调整至小于先前尺寸，截面的剧烈变化处指的是截面出现拼接亦或是缺失处。
进一步，所述涂层为黑漆或铝箔材质构件。
相较于现有技术，本发明提供的所述一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法具有以下有益效果：
本发明提出一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，一方面通过建立全随机疲劳寿命预测模型对目标复杂结构进行应力检测确定存在应力集中问题的流水孔，进而通过对流水孔的位置以及尺寸的调整解决复杂结构的应力集中问题，另一方面通过对目标复杂结构进行激光冲击强化，提高目标复杂结构的疲劳强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例中的技术方案，下面将对实例描述中所使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本申请一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法的流程图；
图2为本申请一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法的1个实施方式中的目标复杂结构的调整前的三维示意图；
图3为本申请一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法的1个实施方式中的目标复杂结构的调整后的三维示意图；
图4为本申请一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法的激光冲击强化的作用原理示意图；
图5为本申请一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法的全随机疲劳寿命预测模型的建立原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅是本发明的一部分实例，而不是全部的实例。
直接采用针对复合增材制造金属零件的传统超声检测很难得到准确直观的检测结果，因此先要分析超声波在其金属零件内部衰减特性，针对其衰减规律采用先进的超声检测方法。因此，研究有效的超声检测方法实现其内部各类缺陷的准确评价具有重要意义。
结合图1以及图5，实施例1，是本发明提出的一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，所述方法包括以下：
步骤110：建立全随机疲劳寿命预测模型；
步骤120：获取目标复杂结构的3D模型，确定所述3D模型的所有流水孔的位置以及尺寸，并将所述3D模型输入至所述全随机疲劳寿命预测模型中，得到相关预测结果；
步骤130：根据相关预测结果确定存在应力集中的流水孔；
步骤140：对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整，并实时关注调整后的预测结果，直到应力集中问题解决。
具体的，在应用时，参照图2以及图3，根据相关预测结果2号流水孔的圆心处易出现应力集中，因此对该零件的结构进行重新设计。具体设计如图3所示，将2号流水孔调整至应力较小的位置，同时将2号流水孔的直径由10mm改为直径6mm，通过调整流水孔位置和面积的方法改善型材端部出现的应力集中现象，最终调整后的预测结果符合预期，故完成调整作业。
作为本发明的优选实施方式，上述步骤110中建立全随机疲劳寿命预测模型具体包括以下，
确定负荷转移方程，结合边界位移进行有限元分析建立热点应力转移方程，在热点应力转移方程中融合波浪数据S-N曲线得到全随机疲劳寿命预测模型，对处于工作状态的船舶而言，整个船体会受到每30度一个共12个方向的海洋波载荷，每个方向大约有20–25个波频率；通过有限元计算出局部的热点应力响应传递函数结构模型；通过结合应力传递函数来计算全随机疲劳寿命预测模型。
参照图4，作为本发明的优选实施方式，在上述步骤140之后还会对目标复杂结构进行激光冲击强化，
具体的，所述激光冲击强化包括，
在目标复杂结构上涂覆涂层，所述涂层用于保护目标复杂结构不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，在涂层上还涂覆有柔性透明约束层，激光脉冲通过所述柔性透明约束以及涂层对目标复杂结构进行冲击强化，其中柔性透明约束层的作用为约束强化过程中产生的等离子体，使激光冲击的能量能充分作用在目标复杂结构的表面。
激光冲击强化的表面由两层材料约束层和涂层组成，其中约束层的作用为约束强化过程中的等离子体，使激光冲击的能量能充分作用在零件表面。水一般作为约束层材料，但其约束效果一般。本申请通过用一种透明有机胶（如合成树脂等）作为约束层，其有着更好的约束效果并且可以更加紧密的贴合在零件表面，可以有效提高激光冲击强化的效果。最后，利用激光冲击强化零件表面，提高目标复杂结构的疲劳强度。
作为本发明的优选实施方式，上述对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整遵循以下准则：流水孔的位置应当调整至非截面的剧烈变化处，流水孔的尺寸应当调整至小于先前尺寸，截面的剧烈变化处指的是截面出现拼接亦或是缺失处。
以上所述仅为本发明的实例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，其特征在于，所述方法包括以下：
步骤110：建立全随机疲劳寿命预测模型；
步骤120：获取目标复杂结构的3D模型，确定所述3D模型的所有流水孔的位置以及尺寸，并将所述3D模型输入至所述全随机疲劳寿命预测模型中，得到相关预测结果；
步骤130：根据相关预测结果确定存在应力集中的流水孔；
步骤140：对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整，并实时关注调整后的预测结果，直到应力集中问题解决；
具体的，上述步骤110中建立全随机疲劳寿命预测模型具体包括以下，
确定负荷转移方程，结合边界位移进行有限元分析建立热点应力转移方程，在热点应力转移方程中融合波浪数据S-N曲线得到全随机疲劳寿命预测模型，对处于工作状态的船舶而言，整个船体会受到每30度一个共12个方向的海洋波载荷，每个方向大约有20–25个波频率；通过有限元计算出局部的热点应力响应传递函数结构模型；通过结合应力传递函数来计算全随机疲劳寿命预测模型；
具体的，在上述步骤140之后还会对目标复杂结构进行激光冲击强化，
具体的，所述激光冲击强化包括，
在目标复杂结构上涂覆涂层，所述涂层用于保护目标复杂结构不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，在涂层上还涂覆有柔性透明约束层，激光脉冲通过所述柔性透明约束以及涂层对目标复杂结构进行冲击强化，其中柔性透明约束层的作用为约束强化过程中产生的等离子体，使激光冲击的能量能充分作用在目标复杂结构的表面。
2.根据权利要求1所述的一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，其特征在于，所述柔性透明约束层具体为透明有机胶。
3.根据权利要求1所述的一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，其特征在于，上述对存在应力集中的流水孔进行位置以及尺寸的调整遵循以下准则：流水孔的位置应当调整至非截面的剧烈变化处，流水孔的尺寸应当调整至小于先前尺寸，截面的剧烈变化处指的是截面出现拼接亦或是缺失处。
4.根据权利要求1所述的一种提高原油转驳船复杂结构疲劳寿命的方法，其特征在于，所述涂层为黑漆或铝箔材质构件。
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