[發明專利]一種確定船舶結構在組合載荷作用下長期疲勞壽命的方法

有效

• 申請號: 201811491938.2
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109614689B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 趙曉玲;彭貴勝;李文賀;陳立;盧冉;張倩;王景洋;于世旭;張祺;牟宗寶
• 申請（專利權）人: 大連船舶重工集團有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 大連格智知識產權代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

1.一種確定船舶結構在組合載荷作用下長期疲勞壽命的方法，其特征在于：有兩種長期分布的單一載荷，兩種長期分布的所述單一載荷分別是低頻載荷和高頻載荷，確定船舶結構在兩種單一載荷組合作用下長期疲勞壽命的步驟如下：

S1：根據圖紙建立船舶的有限元模型，結合S-N曲線，確定、選用一條S-N曲線和航線環境數據；

S2：在S1的基礎上，運用ABS船級社的疲勞計算軟件，計算出高頻載荷應力過程均值S₁，標準差σ₁，平均上跨零率v₁；

1)通過ABS船級社的疲勞計算軟件，可直接輸出高頻載荷疲勞損傷值D_W，高頻載荷應力范圍長期威布爾分布的形狀參數γ_w，與N_Rw超越概率水平對應的應力范圍值S_Rw、總循環次數n_w；

2)由下式求得威布爾分布的比例參數δ_w：

3)根據求得的δ_w和直接輸出的γ_w，可得到高頻載荷應力范圍S_w的長期威布爾分布：

進而根據威布爾性質，可得到高頻載荷應力過程均值S₁：

4)由下式求得高頻應力范圍長期分布的標準差σ₁：

5)由下式可求得高頻應力范圍的平均上跨零率v₁：

S3:在S1的基礎上，低頻載荷應力過程均值S₂，標準差σ₂，平均上跨零率v₂計算過程如下：

1)采用NPD風速譜進行風載疲勞分析，通過諧響應分析處理風速譜得到結構的應力譜；

應力幅值的應力譜：

式中，H_L(f)為諧響應分析得到的應力響應函數；

S_U(f)為風速譜；

2)利用應力幅值的應力譜可得到短期應力過程的跨零率：

式中，m₂、m₀分別為應力譜的2階矩和0階矩；

3)考慮各個風速、各個風向角出現的聯合概率P(U_0i,θ_i)，可得到長期低頻應力分布的平均上跨零率v₂

4)低頻載荷短期應力范圍S_L0服從Rayleigh分布：

式中，

S_L0為低頻短期應力范圍；

σ_L0為低頻應力范圍S_L0的標準差；

5)通過對所有短期應力范圍分布函數離散化處理，計算得到長期應力范圍分布的平均值S₂和標準差σ₂：

式中，

S_L0(m)為離散化后，按照從小到大排序的第m個應力范圍值；

n_L0(m)為所有短期工況中S_L0(m)出現的總次數；

S4：根據S2、S3中確定的值計算出組合應力范圍均值S_C、組合標準差σ_C和組合平均上跨零率v_C；

S_C＝S₁+S₂

式中，k₁、k₂為中間參數，

S5：通過組合應力范圍均值S_C和組合標準差σ_C計算出組合應力過程的威布爾分布參數γ_C、δ_C，并確定組合應力過程帶寬的疲勞損傷修正因子β；

S6：以簡化疲勞分析方法為基礎，結合S1中確定的S-N曲線，得出船舶結構的疲勞損傷度d：

式中：

γ_C，組合應力過程威布爾分布的形狀參數；

δ_C，組合應力過程威布爾分布的比例參數；

v_C，組合應力過程的平均上跨零率；

m、a，S-N曲線參數；

β，組合應力過程帶寬的疲勞損傷修正因子；

μ，S-N曲線斜率變化的系數；

是Γ(x)函數，

S7：根據船舶結構的疲勞損傷度確定船舶結構的疲勞壽命T_F

T_F＝T/d

式中：

T，疲勞損傷工況所占的時間。