波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算

上海交通大学学报（自然版） ›› 2016, Vol. 50 ›› Issue (02): 288-293.

波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算

闫小顺1,2，黄小平1，梁园华3，李洛东3

(1. 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240； 2. 中国舰船研究设计中心，武汉 430064； 3. 中国船级社海工技术中心，北京 100007)

收稿日期:2014-11-30 出版日期:2016-02-29 发布日期:2016-02-29
基金资助:
国家自然科学基金项目 (51279102) 资助

Stress Intensity Factor Calculation of Surface Crack at Weld Toe of Ocean Engineering Structures Under Wave Loads

YAN Xiaoshun1,2,HUANG Xiaoping1,LIANG Yuanhua3,LI Luodong3

(1. Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and DeepSea Exploration, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China; 2. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China; 3. Marine Technology Center of China Classification Society, Beijing 100007, China)

Received:2014-11-30 Online:2016-02-29 Published:2016-02-29

摘要/Abstract

摘要： 摘要：提出一种考虑波浪外载荷影响的应力强度因子计算方法，并通过与权威经验公式进行对比以验证其有效性；在不同的浪向、频率下对某半潜平台立柱与撑杆连接处肘板焊趾表面裂纹应力强度因子幅值进行计算.结果表明：由经验公式所得应力强度因子幅值与实际波浪载荷作用下的结果差别很大；可根据部分计算结果预测不同波浪载荷作用下不同尺寸裂纹的应力强度因子幅值.

关键词: 半潜平台, 半椭圆裂纹, 应力强度因子, 裂纹扩展, 波浪诱导载荷

Abstract: Abstract： This paper proposed a stress intensity factor calculation method for structures under wave loads. The proposed method was proved correct by comparing it with the empirical formulas. Then, the method was applied to the surface crack at weld toe of a bracket between the column and brace of a semisubmersible platform. The results show that the stress intensity factor ranges calculated by empirical formulas are very different from those of the proposed method. The stress intensity factor ranges for all crack sizes of a structure under wave loads can be derived by a part of results obtained by the proposed method.

Key words: Key words： semisubmersible platform, semielliptical crack, stress intensity factor, fatigue crack propagation, waveinduced load

中图分类号:

O 353

闫小顺1,2，黄小平1，梁园华3，李洛东3. 波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(02): 288-293.

YAN Xiaoshun1,2,HUANG Xiaoping1,LIANG Yuanhua3,LI Luodong3. Stress Intensity Factor Calculation of Surface Crack at Weld Toe of Ocean Engineering Structures Under Wave Loads[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2016, 50(02): 288-293.

参考文献

［1］崔维成, 祁恩荣, 黄小平. 船舶结构强度预报/评估方法的现状和未来发展趋势［C］∥2005年船舶结构力学学术会议论文集. 无锡：中国船舶重工集团第702所，2005. ［2］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 Xiaoping, JIA Guilei, CUI Weicheng, 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. ［3］CUI W C, WANG F, HUANG X P. A unified fatigue life prediction method for marine structures［J］. Marine Structures, 2011, 24(2): 153181. ［4］SUMI Y. Fatigue crack propagation in marine structures under seaway loading［J］. International Journal of Fatigue, 2014, 58: 218224. ［5］DOSHI K, VHANMANE S. Probabilistic fracture mechanics based fatigue evaluation of ship structural details［J］. Ocean Engineering, 2013, 61: 2638. ［6］FRICKE W. Fatigue analysis of welded joints: state of development［J］. Marine Structures, 2003, 16(3): 185200. ［7］NEWMAN Jr J C, RAJU I S. An empirical stressintensity factor equation for the surface crack［J］. Engineering Fracture Mechanics, 1981, 15(1): 185192. ［8］RHEE H C, HAN S, GIPSON G S. Reliability of solution method and empirical formulas of stress intensity factors for weld toe cracks of tubular joints［C］∥Offshore Mechanics and Arctic Engineering. New York: The American Society of Mechanical Engineers, 1991: 441452. ［9］BOWNESS D, LEE M M K. Prediction of weld toe magnification factors for semielliptical cracks in Tbutt joints［J］. International Journal of Fatigue, 2000, 22(5): 369387. ［10］BS7910—2005, Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures［S］. ［11］HOBBACHER A F. The new IIW recommendations for fatigue assessment of welded joints and components—A comprehensive code recently updated［J］. International Journal of Fatigue, 2009, 31:5058. ［12］张雨霆, 肖明, 熊兆平. 三维空间离散点数据场的插值方法［J］. 武汉大学学报(工学版), 2008, 41(4): 3437. ZHANG Yuting, XIAO Ming, XIONG Zhaoping. Interpolation algorithm for data field of 3D spatial scattered points［J］. Engineering Journal of Wuhan University(Engineering), 2008, 41(4): 3437.

[1]	张凯, 张守森, 祁德路 . 半潜式生产储油平台压排载系统设计研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2022, 9(1): 15-20.
[2]	刘昺轶，张继革，王德忠，李斌. 屏蔽式核主泵飞轮裂纹寿命评估[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2019, 53(3): 315-320.
[3]	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.
[4]	杨旭, 陈国龙, 窦宏波, 董德龙, 唐丕鑫. 老旧半潜平台改造中的稳性影响因素分析[J]. 海洋工程装备与技术, 2018, 5(增刊): 253-258.
[5]	陈凯，杜东海，张乐福. 690合金在压水堆环境中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2017, 51(11): 1281-1286.
[6]	何仕玖，张晓晶，汪海. 含裂纹胶接金属加筋板的Ⅰ型应力强度因子求解[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(02): 251-256.
[7]	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.
[8]	陈凯1，杜东海1，陆辉1，张乐福1，石秀强2，徐雪莲2. 690合金传热管疲劳裂纹扩展研究[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(11): 1639-1643.
[9]	杜东海1，陆辉1，陈凯1，张乐福1，石秀强2，徐雪莲2. 溶解氧对高温水中冷变形316L应力腐蚀开裂的影响规律[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(11): 1644-1649.
[10]	刘勇，陈炉云，易宏. 基于Liouville方程的管节点疲劳寿命可靠度预测方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 81-85.
[11]	黄祥龙, 张晓晶, 白国娟, 徐武, 汪海. 基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(04): 519-524.
[12]	陈景杰a, 黄一a, 吴智敏b. 平行双裂纹应力强度因子的计算方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2012, 46(08): 1263-1268.
[13]	侯善芹,许金泉. 基于疲劳特征长度概念的一种新疲劳理论 [J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2010, 44(10): 1444-1449.
[14]	周小平, 张永兴, 王建华, 哈秋聆. 压剪应力作用下复杂形状多裂纹应力强度因子[J]. 上海交通大学学报, 2003, 37(12): 1905-1909.
[15]	黄向平, 王建华. 裂纹跟踪的网格生成技术[J]. 上海交通大学学报, 2001, 35(04): 493-495.