[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

说明书

本发明涉及一种宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法，包括以下操作步骤：S1、将载荷简化为不同载荷历程比下的大小两级交变载荷；S2、将载荷简化为不同频率比、幅值比的高低频叠加载荷；S3：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：评估不同航线下江海直达船典型节点的疲劳损伤；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，考虑高低频叠加载荷的疲劳耦合损伤。本发明可为江海直达船抗疲劳设计及结构轻量化设计提供有力支撑的宽扁肥大型江海直达船船体的疲劳损伤评估方法。

技术领域

本发明涉及船疲劳损伤精细化评估方法，更具体地说，涉及一种宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法。

背景技术

新型江海直达集装箱船具有超宽扁船型的特点，其船体载荷，结构型式，应力集中位置都会有所改变，较大的宽度型深比导致船体垂向刚度小，在海段航行过程中较易遭受波激振动和砰击颤振所带来的非线性高频载荷分量的影响，同时船舶往复航行于江段和海段，始终处于海段高幅值载荷和江段低幅值载荷的交替作用，这些对江海直达船的疲劳累计损伤都会产生显著影响。

传统的江海直达船的结构设计往往参考海船的规范，主要是针对海船的航线特点和载荷特征，而对于江海直达船这种具有特殊航线(载荷)特征和宽扁肥大船体的船型，其疲劳强度评估还没有针对性的规范，忽略了江-海段载荷交互作用和高低频载荷叠加导致的耦合损伤。这种方法虽然能够保证船体的安全性，但由于其安全裕度过大，结构过于臃肿，其经济性较低，不能适应新环境下的绿色船舶经济性的要求和国家发展长江黄金水道的需求。在开发新型江海直达船的同时，需要与之对应的符合该船型特点和特定航线特点的疲劳评估方法。因此，十分有必要开展一种适用于宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种能精细化评估宽扁肥大型江海直达船船体结构的疲劳损伤，可为江海直达船抗疲劳设计及结构轻量化设计提供有力支撑的宽扁肥大型江海直达船船体的疲劳损伤评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽扁肥大型江海直达船疲劳损伤精细化评估方法，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：引入航线特征影响因子θ_rs考虑江段小载荷和海段大载荷交互作用的影响，评估不同航线下江海直达船典型节点的疲劳损伤；

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，考虑高低频叠加载荷的疲劳耦合损伤。

按上述方案，在步骤S3中，假设节点对数疲劳寿命的均值如下：lg N＝lg A_p-mlgS，N为断裂前的疲劳寿命，S为疲劳载荷应力幅值，lg A_p为存活率p下对应的lg A，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lg N_i均服从正态分布，各个lg N_i数据点相互之间独立，N_i为第i个试件疲劳寿命。

按上述方案，在步骤S4中，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。