[發明專利]船體典型焊接結構表面裂紋應力強度因子的估算方法

無效

• 申請號: 201410200496.7
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103984860A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 陳景杰;黃一;劉剛;張崎;李紅霞;王文華;董磊磊;李玉剛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域：

本發明涉及的是船體典型焊接結構表面裂紋應力強度因子的估算方法。

背景技術：

船舶等大型結構在焊接過程中不可避免地產生的各種微觀和宏觀缺陷，在波浪力、潮流力、海風力和作業時的各種動力等交變載荷的作用下，應力集中較嚴重的焊趾部位的缺陷極易發展成為形狀接近于半橢圓的表面裂紋。在持續外界載荷的作用中，表面裂紋將會不斷發生擴展而穿透鋼板形成穿透裂紋。由于船體結構具有大量的冗余度，表面裂紋甚至穿透裂紋的出現并不意味著含裂紋區域的破壞，只有裂紋尖端的斷裂參數——應力強度因子達到臨界值時，裂紋才發生失穩擴展，導致船體相應結構的承載能力達到極限而破壞。因此，為了保證船體典型結構在有效服役期內不發生整體斷裂破壞，需要掌握與結構極限強度直接相關的主要控制因素——裂紋尖端應力強度因子。

應力強度因子是一個對于結構的剩余強度安全評定、壽命估算、失效分析和材料的斷裂韌性測量等都非常重要的力學參量。多年來，研究者利用各種解析方法、數值方法、實驗方法或工程估計的方法，努力尋求盡可能精確的應力強度因子解。目前各種應力強度因子解析方法都是以裂紋尖端附近區域的應力場和位移場的基本方程為出發點，基于復變函數理論、積分變換、彈性力學守恒律及復變-變分方法經過系列推導獲得的。然而這些解析方法停留在理想模型和簡單的邊界條件上，對于實際工程中復雜載荷作用下的復雜結構難以適用，需要借助其他方法求解應力強度因子。現有的測定應力強度因子的實驗方法主要有光彈性法、焦散線法和PVDF測量法等，這些實驗方法都是通過測量裂紋尖端附近的某一變量來間接測定裂紋尖端應力強度因子。然而由于裂紋尖端附近的變量在數級上很小，不僅需要測量儀具有極高測量精度，而且要求如應變片等測量試件具有極小尺寸，這將導致試驗費用增加、操作難度增大，在實際工程中難以應用。目前，隨著計算機技術的迅速發展，有限元法以其強大的模擬和數值計算功能在工程上已經得到廣泛的應用，特別是可以直接利用裂紋尖端附近有限元節點力或位移的計算值，推算出裂紋尖端的應力強度因子。但在解決實際大型結構問題時，有限元法仍然存在以下一些困難，如(1)難以準確地獲得結構復雜的外載荷與變形數據，從而導致裂紋尖端附近應力場的計算結果可能會有較大的誤差，直接影響應力強度因子的計算精度；(2)要對整個三維結構進行離散，而且由于裂紋尖端附近應力場的奇異性，不得不劃分十分密集的網格，或采用奇異元等特殊的有限元技術，所以數據準備工作量非常大，如較復雜的船體典型結構，其含表面裂紋的三維實體有限元模型建立困難，導致有限元法計算大型結構應力強度因子時存在一定難度。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供船體典型焊接結構表面裂紋應力強度因子的估算方法。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明采用以下技術方案：

船體典型焊接結構表面裂紋應力強度因子的估算方法，包括以下步驟：

步驟一：確定與裂紋表面最大張口位移相關的修正系數M_K表達式；

步驟二：研究焊接尺寸的影響，建立焊接效應修正系數M_KW的表達式；

步驟三：研究曲面效應的影響，建立曲面效應修正系數M_KC的表達式；

步驟四：建立板板焊接構件裂紋深度位置應力強度因子的估算方法；

步驟五：建立管節點裂紋深度位置應力強度因子的估算方法。