基于斷裂力學(xué)的船舶典型節(jié)點(diǎn)疲勞壽命預(yù)報(bào).pdf

1、船舶持續(xù)處于交變波浪載荷的作用下，且船舶典型節(jié)點(diǎn)處多存在較大的應(yīng)力集中，使得船舶典型節(jié)點(diǎn)存在著比較嚴(yán)重的疲勞問題，而目前針對(duì)該處疲勞問題的斷裂力學(xué)研究還比較少。因此，論文以船舶典型節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，用斷裂力學(xué)方法對(duì)其疲勞特性進(jìn)行研究。
　　目前，針對(duì)船舶疲勞問題，應(yīng)用較為廣泛的是基于S-N曲線和Miner線性累積損傷理論的疲勞強(qiáng)度校核方法。該方法起源較早，簡單實(shí)用，有豐富的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。但該方法并沒有對(duì)疲勞現(xiàn)象和機(jī)理做出合理的解釋，而基

2、于斷裂力學(xué)的疲勞壽命預(yù)報(bào)方法逐步對(duì)疲勞有關(guān)現(xiàn)象和機(jī)理做出了回答。但是，斷裂力學(xué)法起步較晚，仍有許多問題有待解決，特別是涉及到船舶結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用。
　　對(duì)裂紋進(jìn)行表征的量有強(qiáng)度因子(SIF)，J積分和裂紋尖端張開位移(COD)等，幾種方法各有優(yōu)劣，但在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換。由于在計(jì)算疲勞壽命時(shí)，應(yīng)用最廣泛的是裂紋擴(kuò)展率與SIFR之間的關(guān)系，論文選擇S IFR作為計(jì)算疲勞壽命的參數(shù)。
　　為了進(jìn)一步完善船舶疲勞損傷評(píng)估方法，本

3、文基于斷裂力學(xué)對(duì)船舶典型節(jié)點(diǎn)疲勞壽命的預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究。研究內(nèi)容主要包括裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算、裂紋擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展速率等。在計(jì)算船舶典型節(jié)點(diǎn)應(yīng)力強(qiáng)度因子時(shí)，選擇了有限元軟件 ANS YS，基于該軟件運(yùn)用五點(diǎn)法對(duì)船舶典型節(jié)點(diǎn)的SIF進(jìn)行計(jì)算。隨后，對(duì)三維單元和復(fù)雜載荷情況下，數(shù)據(jù)的處理方法給出了說明。在討論裂紋的擴(kuò)展路徑時(shí)，使用了確定裂紋擴(kuò)展方向的簡化算法，最后通過比較證明了該方法的可行性。對(duì)于裂紋的擴(kuò)展速率，以單一曲線模型為基礎(chǔ)，考慮

4、了應(yīng)力比和載荷次序效應(yīng)等多種因素的影響，并使用逐周迭代法進(jìn)行疲勞壽命的預(yù)報(bào)。
　　最后，為了驗(yàn)證該方法的可行性，對(duì)船舶肘板處的單裂紋和雙裂紋進(jìn)行了疲勞壽命的評(píng)估，結(jié)果和試驗(yàn)符合較好。
　　為了驗(yàn)證論文中提出的用于計(jì)算疲勞壽命評(píng)估方法的適用性，同時(shí)考慮載荷次序效應(yīng)對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的影響，對(duì)潛艇錐柱結(jié)合殼處的疲勞壽命進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算。計(jì)算中，通過 Matlab生成一組服從Weibull分布的隨機(jī)載荷，對(duì)這組隨機(jī)載荷進(jìn)行了多種