[發(fā)明專利]一種確定船舶結(jié)構(gòu)在組合載荷作用下長(zhǎng)期疲勞壽命的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811491938.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109614689B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連船舶重工集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 大連格智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21238
• 代理人: 劉琦

一種確定船舶結(jié)構(gòu)在組合載荷作用下長(zhǎng)期疲勞壽命的方法，有兩種長(zhǎng)期分布的單一載荷，即低頻載荷和高頻載荷，通過(guò)計(jì)算出組合應(yīng)力范圍均值S_C、組合標(biāo)準(zhǔn)差σ_C和組合平均上跨零率v_C，以簡(jiǎn)化疲勞分析方法為基礎(chǔ)，結(jié)合S?N曲線，得出船舶結(jié)構(gòu)的疲勞損傷度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，可用于確定船舶任何結(jié)構(gòu)在兩種單一載荷作用下的長(zhǎng)期疲勞損傷度，可直接對(duì)船舶結(jié)構(gòu)在兩種單一載荷作用下的長(zhǎng)期疲勞損傷進(jìn)行計(jì)算，并最終確認(rèn)船舶結(jié)構(gòu)在兩種單一載荷組合作用下的疲勞壽命。簡(jiǎn)化了疲勞分析的過(guò)程，同時(shí)保證計(jì)算結(jié)果具有較高的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶設(shè)計(jì)與建造過(guò)程中船舶結(jié)構(gòu)疲勞分析領(lǐng)域，具體涉及船舶結(jié)構(gòu)在兩種組合載荷作用下疲勞損傷壽命的確定方法。

背景技術(shù)

疲勞是指材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過(guò)程。長(zhǎng)期處于交變環(huán)境載荷作用下的結(jié)構(gòu)物大多存在疲勞損傷問(wèn)題，疲勞損傷度d及疲勞壽命T_F是用來(lái)描述結(jié)構(gòu)物疲勞特性的常用參數(shù)。S-N曲線是進(jìn)行疲勞損傷計(jì)算的基本公式，其反應(yīng)的是應(yīng)力范圍S和在該應(yīng)力范圍水平的單一循環(huán)載荷作用下結(jié)構(gòu)達(dá)到疲勞破壞所需要的循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)的疲勞壽命評(píng)估，其本質(zhì)均是基于S-N曲線進(jìn)行的。

實(shí)際工程中，較多情況下都需要對(duì)兩種長(zhǎng)期分布的單一應(yīng)力過(guò)程進(jìn)行疲勞分析，常用方法有簡(jiǎn)單相加法、載荷疊加法、等幅載荷法等。簡(jiǎn)單疊加法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單直接，但其計(jì)算結(jié)果通常偏于危險(xiǎn)；等幅載荷法計(jì)算結(jié)果通常較為保守，且應(yīng)用過(guò)程較為復(fù)雜；等幅載荷法基于兩個(gè)單一過(guò)程的疲勞損傷及平均上跨零率，并未考慮載荷間的大小關(guān)系，計(jì)算結(jié)果可靠性難以估計(jì)。因此，針對(duì)兩種應(yīng)力范圍長(zhǎng)期分布的組合載荷疲勞損傷計(jì)算，并沒(méi)有高效又絕對(duì)可靠的計(jì)算方法。

簡(jiǎn)化疲勞分析方法常用于求解單一載荷作用下的長(zhǎng)期疲勞累積損傷，雙窄帶法常用于求解兩種組合載荷作用下的短期疲勞累積損傷。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種確定船舶結(jié)構(gòu)在組合載荷作用下長(zhǎng)期疲勞壽命的方法，以達(dá)到船舶結(jié)構(gòu)在兩種單一載荷的組合作用下，確定其長(zhǎng)期疲勞壽命的目的，其所采用的技術(shù)方案是：

有兩種單一載荷，兩種所述單一載荷分別是低頻載荷和高頻載荷，確定船舶結(jié)構(gòu)在兩種單一載荷組合作用下長(zhǎng)期疲勞壽命的步驟如下：

S1：根據(jù)圖紙建立船舶的有限元模型，結(jié)合S-N曲線，確定、選用一條S-N曲線和航線環(huán)境數(shù)據(jù)。

S2：在S1的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ABS船級(jí)社的疲勞計(jì)算軟件，計(jì)算出高頻載荷應(yīng)力過(guò)程均值S₁，標(biāo)準(zhǔn)差σ₁，平均上跨零率v₁：

1)通過(guò)ABS船級(jí)社的疲勞計(jì)算軟件(SFA軟件)，可直接輸出高頻載荷疲勞損傷值D_W，高頻載荷應(yīng)力范圍長(zhǎng)期威布爾分布的形狀參數(shù)γ_w，與N_Rw超越概率水平對(duì)應(yīng)的應(yīng)力范圍值S_Rw、總循環(huán)次數(shù)n_w；

2)由下式求得威布爾分布的比例參數(shù)δ_w：

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

進(jìn)而根據(jù)威布爾性質(zhì)，可得到高頻載荷應(yīng)力過(guò)程均值S₁：

4)由下式求得高頻應(yīng)力范圍長(zhǎng)期分布的標(biāo)準(zhǔn)差σ₁：