[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

说明书

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，有两种长期分布的单一载荷，即低频载荷和高频载荷，通过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，以简化疲劳分析方法为基础，结合S‑N曲线，得出船舶结构的疲劳损伤度。本发明所采用的技术方案，可用于确定船舶任何结构在两种单一载荷作用下的长期疲劳损伤度，可直接对船舶结构在两种单一载荷作用下的长期疲劳损伤进行计算，并最终确认船舶结构在两种单一载荷组合作用下的疲劳寿命。简化了疲劳分析的过程，同时保证计算结果具有较高的可靠性。

技术领域

本发明涉及船舶设计与建造过程中船舶结构疲劳分析领域，具体涉及船舶结构在两种组合载荷作用下疲劳损伤寿命的确定方法。

背景技术

疲劳是指材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。长期处于交变环境载荷作用下的结构物大多存在疲劳损伤问题，疲劳损伤度d及疲劳寿命T_F是用来描述结构物疲劳特性的常用参数。S-N曲线是进行疲劳损伤计算的基本公式，其反应的是应力范围S和在该应力范围水平的单一循环载荷作用下结构达到疲劳破坏所需要的循环次数N之间的关系。结构的疲劳寿命评估，其本质均是基于S-N曲线进行的。

实际工程中，较多情况下都需要对两种长期分布的单一应力过程进行疲劳分析，常用方法有简单相加法、载荷叠加法、等幅载荷法等。简单叠加法计算过程简单直接，但其计算结果通常偏于危险；等幅载荷法计算结果通常较为保守，且应用过程较为复杂；等幅载荷法基于两个单一过程的疲劳损伤及平均上跨零率，并未考虑载荷间的大小关系，计算结果可靠性难以估计。因此，针对两种应力范围长期分布的组合载荷疲劳损伤计算，并没有高效又绝对可靠的计算方法。

简化疲劳分析方法常用于求解单一载荷作用下的长期疲劳累积损伤，双窄带法常用于求解两种组合载荷作用下的短期疲劳累积损伤。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供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，以达到船舶结构在两种单一载荷的组合作用下，确定其长期疲劳寿命的目的，其所采用的技术方案是：

有两种单一载荷，两种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(SFA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：