疲劳与断裂作业

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1、在船舶与海洋工程领域，目前国内对疲劳问题的机理研究几乎处于停滞状态，本文考虑了提出考虑腐蚀缺陷的冰区平台动态疲劳可靠性模型，并基于Bayes理论研究检测与维修对平台动态疲劳可靠性更新。以疲劳寿命为控制量，确定基于断裂力学方法的冰区平台动态疲劳可靠性功能函数；分析腐蚀对平台动态疲劳可靠性的影响，建立考虑疲劳与腐蚀交互作用的冰区平台动态可靠性模型；基于Bayes理论对腐蚀预测模型进行修正，通过修正腐蚀模型实现，最后通过渤海某一平台为例，进行验证和分析。其基本原理如下：考虑腐蚀的影响，并设腐蚀函数为d(t)，则管节

2、点的临界深度可表示为其中t为平台服役时间。根据断裂力学理论，以疲劳寿命为控制量，并考虑尺寸参数的不确定性，平台节点的疲劳寿命分析功能函数其中C和m为材料的裂纹扩展参数，由材料属性确定，为等效疲劳应力范围，为荷载作用的平均频率，为裂纹扩展的几何修正系数，和分别为描述疲劳应力和几何修正系数计算过程中的不确定因素的随机变量。综上可知，等效疲劳应力范围和荷载作用的平均频率为两个重要的计算参数，而这参数可以通过对整个冰激疲劳环境划分子工况的方法确定，因此根据每个子工况的疲劳应力参数与工况比例获取和；，，其中k为子工况数

3、，为子工况i所占的比例，为子工况i的荷载频率，为子工况中的均值。由于考虑到腐蚀的影响，腐蚀函数d(t)采用paik腐蚀模型，该模型的表达式为其中的A和B分别为与腐蚀保护系统相关的系数，t为平台服役时间，为CPS寿命。此时关键确定参数A，切此参数需要根据不断地检测数据进行更新，根据bayes更新原理，设更新前的系数A的均值和标准差为,更新后的均值和标准差为，因此，第i年检测更新后的均值和标准差为更新后的腐蚀模型为。因此，在实际计算平台中，考虑了24种工况，分析渤海冰区平台的动态疲劳可靠性，并根据检测维修进行更新

4、，结果表明检测和维修对平台可靠性影响较大，腐蚀速率越大可靠性下降越快，但是维修平台可以恢复原值，但是在随后的服役过程中可靠性下降速率较快。对于海洋工程结构，在研宄疲劳问题的同时，必须考虑腐烛问题。据统计，我国年腐蚀损失约占国民生产总值的5%，海洋腐蚀的损失约占总腐蚀损失的三分之一。尽管船舶与海洋工程结构物在建造之初配有严格的腐蚀防护系统，理论上船体腐独处于可接受范围之内，根据实船检测发现，在船舶服役期间防腐系统并不是足够有效，尤其在一些局部区域，由于涂层老化或者其它因素导致涂层脱落，会导致更加严重的腐烛。据统

5、计资料显示近90%的海洋工程结构物失效是由腐烛引发，而腐烛疲劳占事故总数的接近30%。由此可见，腐蚀疲劳在海洋工程领域具有普遍性和危害性。与陆地上的工程结构相比，船舶与海洋工程结构的特殊性之一就是其长期处于海洋环境中，结构表面所遭受的腐烛极为严重。海洋工程结构在服役期内将受到交变载荷和腐烛环境的联合作用，使得其服役时间明显缩短。一般认为，工程结构或构件在交变载荷和腐独环境联合作用下因开裂或断裂提前失效的现象，称为腐烛疲劳。在腐烛疲劳过程中，存在两种基本的损伤形式：一是由交变载荷引起的疲劳损伤；二是由腐烛介质引

6、起的腐烛损伤。当海洋工程结构遭受交变载荷和腐姓环境的联合作用时，这两种损伤的作用不是简单叠加，而是两种基本损伤之间存在明显的稱合效应，即互相促进腐独疲劳的本质是海洋工程用钢海水的电化学腐烛过程与交变载荷对工程结构的力学损伤过程的稱合作用。因此，海洋工程结构在交变载荷与腐性环境联合作用下的腐烛疲劳破坏是一种更为严重的腐烛力学破坏形式。腐蚀疲劳现象于1917年首次提出，至今一个世纪以来，国内外学者对腐蚀疲劳做了长期而广泛的研究，其主要的研究成果集中在对腐蚀疲劳裂纹的形成和扩展机制，以及各种因素对疲劳S-N曲线和裂

7、纹扩展速率的曲线影响研究。为了考虑海水腐烛对海洋工程结构疲劳性能的影响，目前工程上常用的处理方法主要有以下两种：一是根据规范给出各个区域构件的腐烛余量，在疲劳寿命分析时以扣除腐烛余量的板厚去计算疲劳热点位置的应力响应，然后按照空气中的曲线评估疲劳损伤，对于那些没有腐烛防护的结构，则要求使用更为保守的腐烛条件下的曲线。二是通过对实际结构腐烛检测和实海挂片腐烛数据的统计分析和拟合，建立构件腐烛厚度随时间变化的腐烛模型，从而能够确定构件在全寿命期内任意时亥的剩余厚度。在采用有限元法计算疲劳热点应力时，选择多个时刻建

8、立不同剩余厚度的精细有限元模型，得到结构热点应力随时间的变化趋势，然后按照无腐烛条件下的曲线计算疲劳损伤。海洋结构物根据其各个部位所处腐烛环境不同，其腐烛形态和规律都有所不同。腐蚀疲劳根据腐烛介质分类，分为气相腐烛疲劳和液相腐烛疲劳。本文所关注的是海洋结构物全浸区的腐烛疲劳行为，属于典型的液相腐烛疲劳。海洋结构物用钢与海水介质通过电化学腐烛作用，显著降低了结构的疲劳性能。通常将影响腐她疲劳因素分为三