[发明专利]宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法

权利要求书

1.一种宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

S1、根据江海直达船的航线特点将载荷简化为不同载荷历程比下的大小两级交变载荷；

S2、根据江海直达船的载荷特点，将载荷简化为不同频率比、幅值比的高低频叠加载荷；

S3：以海船规范中的S-N曲线为基础，S-N曲线为应力-寿命曲线，采用对数正态分布模型，根据极大似然法原理和江海直达船典型节点疲劳试验数据，确定江海直达船典型节点S-N曲线；

S4：考虑江段小载荷和海段大载荷交互作用的影响，引入航线特征影响因子θ_rs，评估不同航线下江海直达船典型节点的疲劳损伤；在航段i下装载工况k时，

式中：

D_ik为航段i下装载工况k时的疲劳累计损伤；

δ_i为航段历程分配系数；

N_D为江海直达船服役期遭遇的总循环次数；

α_K为装载工况k时对应的时间分配系数；

K为S-N曲线参数；

S_D(ik)为航段i下装载工况k时计算的设计应力范围，N/mm²；

N_L为当超越概率为10^-2时相对的载荷谱回复周期循环次数，取10²；

ξ为Weibull形状参数，取1；

Γ(x)为完全GAMMA函数值，

μ_k为考虑S-N曲线负斜率变化的修正系数，跟服役环境有关；

航线特征影响因子θ_rs的计算公式如下：

其中：D_rs为基于雨流计数法的大-小载荷交互作用造成的疲劳累积损伤；

S5：考虑江海直达船载荷历程中由于波激振动和砰击颤振所带来的高频载荷分量，引入非线性载荷耦合损伤因子D_nji,c，考虑高低频叠加载荷的疲劳耦合损伤；

基于雨流计数法对载荷历程的时域响应进行计数统计，分别获得各装载工况、海况和浪向角下的应力范围S_w,k以及对应的循环次数n_nji(S_w,k)，结合S-N曲线和线性累积损伤理论，获得校核点处记及耦合损伤影响的疲劳累积损伤度D_total,t：

式中：

d_nji,t为单位时间内第n个装载工况、第j个海况及第i个浪向角的疲劳损伤值；

n_nji(S_t,k)为第n个装载工况、第j个海况及第i个浪向角条件下第k个应力范围S_t,k的循环次数；

N(S_t,k)为在S-N曲线中与S_t,k对应的疲劳失效循环次数；

t_nji,t为应力波频分量的样本拟合时间；

p_nji为第n个装载工况、第j个海况及第i个浪向角的发生概率；

式中D_nji,c为第n个装载工况、第j个海况及第i个浪向角下载荷历程中的耦合损伤值，α为载荷历程内的幅值比，λ为载荷历程内的频率比，η为小载荷损伤占总损伤的比值，c/w为无量纲裂纹表征参数。

2.根据权利要求1所述的宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法，其特征在于，在步骤S3中，节点对数疲劳寿命的均值如下：lgN＝lgA_p-mlgS，N为断裂前的疲劳寿命，S为疲劳载荷应力幅值，lgA_p为存活率p下对应的lgA，A和S为S-N曲线中与材料、应力比、加载方式有关的参数，对于任意一个数据点lgN_i均服从正态分布，各个lgN_i数据点相互之间独立，N_i为第i个试件疲劳寿命。

3.根据权利要求1所述的宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法，其特征在于，在高频载荷累积损伤占总损伤比值η0.0345的时域载荷历程中，不考虑载荷间耦合损伤的影响即D_nji,c＝0，采用简化的外包络线恒幅载荷形式替代高低频叠加载荷进行疲劳损伤评估。