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船舶典型节点的疲劳寿命和可靠性预报

作　者: 贾贵磊
导　师: 黄小平
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 船舶节点疲劳破坏 S-N曲线可靠性指标应力强度因子裂纹扩展
分类号: O346.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

疲劳是引起船舶和海洋结构物破坏的主要原因之一。随着船舶向大型化发展，越来越多地采用高强度钢，使得船舶的疲劳问题更为突出。本文以基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预报方法在船舶典型节点上的应用和基于S-N曲线以及基于断裂力学对船舶典型节点的可靠性分析为主要研究对象，主要研究内容包括：（1）以无限大板中心穿透裂纹为例，运用格林函数法求解几种典型的载荷形式和多项式分布载荷下的应力强度因子，并将结果和Ansys有限元软件求解结果进行比较，同时对单边Ι型裂纹裂纹面上受到任意分布的载荷的情况下的应力强度因子用格林函数法进行了计算，为复杂应力场中的应力强度因子计算打下了基础；（2）讨论和分析了基于断裂力学的疲劳寿命预报中的几种常用模型，着重探讨了随机载荷作用下裂纹扩展率单一曲线模型；（3）对一T型节点焊趾处表面裂纹在等幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展寿命进行了预报。尝试对某船上甲板和双层底板上的两个节点采用CCS船体结构疲劳强度指南简化计算方法得到节点名义应力，Weibull分布产生伪随机载荷系列进行疲劳裂纹扩展寿命计算。（4）总结了可靠性理论在船舶与海洋结构物中运用方法，以典型节点为算例，分别用基于S-N曲线方法和基于断裂力学方法，给出计算船舶结构节点可靠度的一般过程,给出了该节点可靠性指标β随SL变化的曲线,最后还是以相同节点为例,给出了可靠性指标作为节点细部结构优化衡准的可行性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-18
  1.1 论文目的和意义  11-12
  1.2 国内外研究况及发展趋势  12-16
    1.2.1 基于S-N 曲线疲劳强度评估研究状况  12-15
    1.2.2 基于疲劳裂纹扩展疲劳评估研究状况  15
    1.2.3 船舶结构疲劳可靠性分析研究状况  15-16
  1.3 主要研究内容  16-18
第二章断裂力学基本理论及应力强度因子计算  18-41
  2.1 断裂力学的发展  18-19
  2.2 裂纹的分类  19-20
  2.3 弹性力学平面问题的基本理论  20-27
    2.3.1 平衡微分方程  20-21
    2.3.2 几何方程  21-23
    2.3.3 物理方程  23-24
    2.3.4 相容条件  24
    2.3.5 应力函数（Airy 应力函数）  24-27
  2.4 裂纹应力强度因子  27-40
    2.4.1 裂纹应力强度因子的复变函数解法  28-30
    2.4.2 中心穿透裂纹的格林函数法  30-37
    2.4.3 单边裂纹裂纹表面任意载荷下应力强度因子  37-40
  2.5 本章小结  40-41
第三章疲劳裂纹扩展率模型  41-51
  3.1 基于断裂力学的疲劳裂纹扩展  41
  3.2 几个典型的疲劳裂纹扩展率模型  41-50
    3.2.1 Paris 模型  41-42
    3.2.2 Forman 模型  42-43
    3.2.3 Walker 模型  43
    3.2.4 考虑裂纹闭合和高载迟滞效应的裂纹扩展模型  43-46
    3.2.5 NASGRO 条带屈服模型  46-47
    3.2.6 裂纹扩展率单一曲线模型  47-50
  3.3 本章小结  50-51
第四章复杂应力场中裂纹扩展寿命计算  51-65
  4.1 疲劳寿命计算流程  51-52
  4.2 表面裂纹应力强度因子  52-54
    4.2.1 表面裂纹概述  52-53
    4.2.2 表面裂纹应力强度因子表达式  53-54
  4.3 焊趾表面裂纹应力强度因子  54-56
    4.3.1 应力强度因子修正系数 M_K  54
    4.3.2 应力强度因子修正系数 M_K 的计算方法  54-56
  4.4 表面裂纹疲劳裂纹扩展算例  56-58
  4.5 某船给定节点的疲劳寿命预报  58-63
    4.5.1 名义应力范围的计算  58-61
    4.5.2 按CCS 规范计算某船91# 剖面节点疲劳载荷值  61-62
    4.5.3 91# 剖面节点疲劳裂纹扩展寿命预报  62-63
  4.6 本章小结  63-65
第五章典型船舶节点疲劳可靠性分析  65-87
  5.1 结构可靠度理论  65-78
    5.1.1 结构可靠度的数学定义  65-68
    5.1.2 随机疲劳载荷及概率模型  68-70
    5.1.3 疲劳寿命可靠性预测  70-75
    5.1.4 可靠度计算的一阶二次矩方法  75-78
  5.2 结构可靠度算例  78-85
    5.2.1 基于S-N 曲线的可靠度计算  79-81
    5.2.2 基于断裂力学的可靠度计算  81-85
    5.2.3 两种方法计算出的可靠度误差分析  85
  5.3 基于可靠性指标的结构细部优化  85-86
  5.4 本章小结  86-87
第六章总结与展望  87-89
  6.1 总结  87-88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-91
致谢  91-92
攻读硕士学位期间发表或录用的论文  92

船舶典型节点的疲劳寿命和可靠性预报

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