[发明专利]一种确定船舶结构在组合载荷作用下长期疲劳寿命的方法

权利要求书

1.一种确定船舶结构在组合载荷作用下长期疲劳寿命的方法，其特征在于：有两种长期分布的单一载荷，两种长期分布的所述单一载荷分别是低频载荷和高频载荷，确定船舶结构在两种单一载荷组合作用下长期疲劳寿命的步骤如下：

S1：根据图纸建立船舶的有限元模型，结合S-N曲线，确定、选用一条S-N曲线和航线环境数据；

S2：在S1的基础上，运用ABS船级社的疲劳计算软件，计算出高频载荷应力过程均值S₁，标准差σ₁，平均上跨零率v₁；

1)通过ABS船级社的疲劳计算软件，可直接输出高频载荷疲劳损伤值D_W，高频载荷应力范围长期威布尔分布的形状参数γ_w，与N_Rw超越概率水平对应的应力范围值S_Rw、总循环次数n_w；

2)由下式求得威布尔分布的比例参数δ_w：

3)根据求得的δ_w和直接输出的γ_w，可得到高频载荷应力范围S_w的长期威布尔分布：

进而根据威布尔性质，可得到高频载荷应力过程均值S₁：

4)由下式求得高频应力范围长期分布的标准差σ₁：

5)由下式可求得高频应力范围的平均上跨零率v₁：

S3:在S1的基础上，低频载荷应力过程均值S₂，标准差σ₂，平均上跨零率v₂计算过程如下：

1)采用NPD风速谱进行风载疲劳分析，通过谐响应分析处理风速谱得到结构的应力谱；

应力幅值的应力谱：

式中，H_L(f)为谐响应分析得到的应力响应函数；

S_U(f)为风速谱；

2)利用应力幅值的应力谱可得到短期应力过程的跨零率：

式中，m₂、m₀分别为应力谱的2阶矩和0阶矩；

3)考虑各个风速、各个风向角出现的联合概率P(U_0i,θ_i)，可得到长期低频应力分布的平均上跨零率v₂

4)低频载荷短期应力范围S_L0服从Rayleigh分布：

式中，

S_L0为低频短期应力范围；

σ_L0为低频应力范围S_L0的标准差；

5)通过对所有短期应力范围分布函数离散化处理，计算得到长期应力范围分布的平均值S₂和标准差σ₂：

式中，

S_L0(m)为离散化后，按照从小到大排序的第m个应力范围值；

n_L0(m)为所有短期工况中S_L0(m)出现的总次数；

S4：根据S2、S3中确定的值计算出组合应力范围均值S_C、组合标准差σ_C和组合平均上跨零率v_C；

S_C＝S₁+S₂

式中，k₁、k₂为中间参数，

S5：通过组合应力范围均值S_C和组合标准差σ_C计算出组合应力过程的威布尔分布参数γ_C、δ_C，并确定组合应力过程带宽的疲劳损伤修正因子β；

S6：以简化疲劳分析方法为基础，结合S1中确定的S-N曲线，得出船舶结构的疲劳损伤度d：

式中：

γ_C，组合应力过程威布尔分布的形状参数；

δ_C，组合应力过程威布尔分布的比例参数；

v_C，组合应力过程的平均上跨零率；

m、a，S-N曲线参数；

β，组合应力过程带宽的疲劳损伤修正因子；

μ，S-N曲线斜率变化的系数；

是Γ(x)函数，

S7：根据船舶结构的疲劳损伤度确定船舶结构的疲劳寿命T_F

T_F＝T/d

式中：

T，疲劳损伤工况所占的时间。