基于改进裂纹扩展模型的船舶焊接结构疲劳寿命可靠性预报

摘要/Abstract

摘要：

摘要：结合考虑应力比的改进Paris公式，推导焊接结构疲劳极限状态方程.采用数值积分方法求解疲劳裂纹扩展寿命，结合Monte Carlo模拟方法给出了船舶结构疲劳寿命可靠性预报的流程，并对某大型集装箱船甲板进行了疲劳寿命可靠性预报，讨论了各参数对预报结果的影响.结果显示，采用数值积分方法的计算结果与cycle-by-cycle方法的计算结果差别较小，而计算速度相比于cycle-by-cycle方法有显著提高.此外，改进Paris公式的应用可以减小预报结果的变异系数，初始裂纹尺寸对疲劳寿命及可靠性影响显著，最终裂纹尺寸则影响不大.文中所述数值积分方法和可靠性预报流程可为工程结构快速进行疲劳裂纹扩展寿命计算或疲劳寿命可靠性预报提供参考.

关键词: 船舶焊接结构, 可靠性, 疲劳寿命, 裂纹扩展, 应力比

Abstract:

Abstract： In this paper, a limit state equation was derived by using an improved model of Paris law. A more efficient numerical integration method was described and the verification showed that the result of this method was in good agreement with that of the cyclebycycle method. A flowchart for prediction of fatigue life reliability of ship details by using Monte Carlo simulation was given. Based on this procedure, a demonstration was done for predicting the fatigue life reliability of a detail on deck of a container ship. In addition, the influences of variables on prediction result were discussed. It is shown that the improved Paris model can reduce the variation of predicted fatigue life. Initial crack size affects the results a lot while the critical crack size does not. The method proposed can provide reference for fast prediction of fatigue life or obtaining reliability of other engineering structures.

Key words: ship welded structure reliability, fatigue, crack propagation, stress ratio

中图分类号:

U 661.4

闫小顺，黄小平. 基于改进裂纹扩展模型的船舶焊接结构疲劳寿命可靠性预报[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(02): 214-219.

YAN Xiaoshun,HUANG Xiaoping. Prediction of Fatigue Life Reliability for Ship Details Based on Crack Growth[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2015, 49(02): 214-219.

参考文献

［1］Cui W, Wang F, Huang X. A unified fatigue life prediction method for marine structures［J］. Marine Structures, 2011, 24(2): 153181.

［2］冯国庆, 任慧龙, 李辉. 实用船舶结构疲劳评估方法概要［J］. 舰船科学技术, 2009, 31(1): 2327.

FENG Guoqing, REN Huilong, LI Hui. Outline of the practical fatigue assessment methods for the ship structures［J］. Ship Science and Technology, 2009, 31(1): 2327.

［3］Huang X, Moan T. Improved modeling of the effect of Rratio on crack growth rate［J］. International Journal of Fatigue, 2007, 29(4): 591602.

［4］杨鹏. 半潜平台结构疲劳可靠性评估方法研究［D］. 北京:中国舰船研究院, 2012.

［5］窦培林, 杜训柏. 基于断裂力学的老龄化自升式平台可靠性分析［J］. 江苏科技大学学报: 自然科学版, 2009, 23(5): 383386.

DOU Peilin, DU Xunbai. Reliability analysis of aged jackup structures based on fracture mechanics［J］. Journal of Jiangsu University of Science and Technology:Natural Science Edition, 2009, 23(5): 383386.

［6］胡毓仁,陈伯真.船舶及海洋工程结构疲劳可靠性分析［M］.北京:人民交通出版社, 1996.

［7］Doshi K, Vhanmane S. Probabilistic fracture mechanics based fatigue evaluation of ship structural details［J］. Ocean Engineering, 2013, 61: 2638.

［8］黄小平, 贾贵磊, 崔维成，等. 海洋钢结构疲劳裂纹扩展预报单一扩展率曲线模型［J］. 船舶力学, 2011, 15(1): 118125.

HUANG Xiaoping, JIA Guilei, CUI Weicheng, et al. Unique crack growth rate curve model for fatigue life prediction of marine steel structures［J］. Journal of Ship Mechanics, 2011, 15(1): 118125.

［9］Newman J C, Raju I S. Analysis of surface cracks in a finite plate under tension or bending loads ［R］. USA: NASA, 1979.

［10］张毅, 黄小平, 崔维成, 等. 对接接头焊趾应力集中有限元分析［J］. 船舶力学, 2004, 8(5): 9199.

ZHANG Yi, HUANG Xiaoping. Finite element analysis on stress concentration at weld toe of buttwelded joints［J］. Journal of Ship Mechanics, 2004, 8(5): 9199.

［11］Hobbacher A. Recommendations for fatigue design of welded joints and components［M］. Wilhelmshaven Germany: International Institute of Welding, 2003.

［12］Lloyd G. Rules for classification and construction. I. Ship technology. Part 1. Seagoing ships［M］. Hamburg, Germany: Germanischer Lloyd, 2012.

［13］Doerk O, Rrup J. Development of toughness and quality requirements for YP47 steel welds based on fracture mechanics［C］∥Proc of the 19th Intl Offshore and Polar Engineering Conference. Osaka, Japan： ISOPE, 2009: 386391.

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[1]	陈培帅, 潘亚洲, 梁发云, 李德杰. 沉井接高过程中砂桩复合地基固结承载特性[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(6): 707-715.
[2]	陶威, 刘钊, 许灿, 朱平. 三维正交机织复合材料翼子板多尺度可靠性优化设计[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(5): 615-623.
[3]	倪何, 覃海波, 郑奕杨. 考虑给水泄漏的锅炉升负荷仿真及其可靠性[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(4): 444-454.
[4]	高英铭, 陈震, 张秀芳, 潘尔顺. 基于随机流网络与Markov过程的制造系统可靠性建模及维护优化[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(3): 229-235.
[5]	杨世平, 董梦瑜, 李飞. 一种双悬臂梁柔性销轴的微动疲劳研究[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(3): 236-248.
[6]	许显杨，陈璐. 考虑设备可靠性与能耗的平行机调度[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(3): 247-255.
[7]	王慧，井伟川，赵国超，金鑫. 基于灰色系统模型GM(1,1)改进Miner准则的液压支架底座疲劳寿命预测[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(1): 106-110.
[8]	高魏华, 吕广强, 曹鲁光, 丁小芩, 李烽. 软硬件综合FMEA在弹载嵌入式软件中的应用[J]. 空天防御, 2020, 3(1): 10-16.
[9]	吴礼银，许标，张庆，文宾双. 降额设计在核电厂安全级DCS可靠性分析中的研究[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(Sup.1): 98-103.
[10]	倪安宁1，刘晏尘1，崔毓伟1，卢军莉2. 评价公交行程时间可靠性价值的Mixed Logit模型[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2019, 53(2): 146-152.
[11]	余宏淦，黄小平，张永矿. 基于谱分析和裂纹扩展方法的舱口角隅疲劳寿命预报方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2019, 53(2): 153-160.
[12]	丁然，李强. 基于损伤累积模型的可靠度保守估计方法[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(10): 1225-1229.
[13]	龙周, 陈松坤, 王德禹. 基于SMOTE算法的船舶结构可靠性优化设计[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(1): 26-34.
[14]	甘志云, 刘贵吉, 李江, 董春, 马璟. 手工超声波检验在CRA复合管焊缝中的应用[J]. 海洋工程装备与技术, 2018, 5(增刊): 287-289.
[15]	李林斌. 深水结构设计流剖面的推算方法研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2018, 5(增刊): 193-198.