[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

摘要

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SC、组合标准差σC和组合平均上跨零率vC，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。

主权项

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(SFA软件)，可直接输出高频载荷疲劳损伤值DW，高频载荷应力范围长期威布尔分布的形状参数γw，与NRw超越概率水平对应的应力范围值SRw、总循环次数nw；2)由下式求得威布尔分布的比例参数δw：3)根据求得的δw和直接输出的γw，可得到高频载荷应力范围Sw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，HL(f)为谐响应分析得到的应力响应函数函数；SU(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(U0i，θi)，可得到长期低频应力分布的平均上跨零率v2v2＝∑f0i·P(U0i，θi)4)低频载荷短期应力范围SL0服从Rayleigh分布：式中，SL0为低频短期应力范围；σL0为低频应力范围SL0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，SL0(m)为离散化后，按照从小到大排序的第m个应力范围值；nL0(m)为所有短期工况中SL0(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SC、组合标准差σC和组合平均上跨零率vC；SC＝S1+S2式中，k₁、k₂为中间参数，S5：通过组合应力范围均值SC和组合标准差σC计算出组合应力过程的威布尔分布参数γC、δC，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：γC，组合应力过程威布尔分布的形状参数；δC，组合应力过程威布尔分布的比例参数；vC，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；S7：根据船舶结构的疲劳损伤度确定船舶结构的疲劳寿命TFTF＝T/d式中：T，疲劳损伤工况所占的时间。