相关焊接残余应力对船体结构疲劳强度的影响分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com试验研究r蜉掳焊接残余应力对船体结构疲劳强度的影响分析集美大学轮机工程学院(厦门市361021)刘振华陈章兰中船黄埔文冲船舶有限公司(广州市510715)高博摘要以某10655t散货船中间三舱段为例，采用ANSYS建立有限元模型，提取4个位置的热点响应应力，计算加载不同应力水平焊接残余应力的疲劳强度，分析不同装载工况对疲劳强度计算结果的影响规律。结果表明：随着焊接残余应力的增大，热点位置的疲劳累积损伤度总体随之变大，且疲劳累积损伤度呈现一定的规律性，并给出相应的修正公式。关键词：焊接残余应力船体结构疲劳强

2、度有限元分析中图分类号：TG404计算加载不同应力水平焊接残余应力的疲劳强度，分0前言析不同装载工况对疲劳强度计算结果的影响规律。结随着船舶大型化的发展，船体结构受到复杂载荷作果表明：热点位置的疲劳累积损伤度总体随之变大，且用的疲劳破坏日益突出I2j，疲劳破坏已成为船体结构疲劳累积损伤度呈现一定的规律性，并给出相应的修失效的主要形式之一。由其引起的海损事故呈逐年增加正公式。趋势，严重危及人类生命财产安全，造成了巨大的经济损1疲劳强度计算相关理论失_3J。为了实现航运界的安全行驶，国际船舶协会在2006年颁布了《散货船共同结构规范》(CSR)

3、，对船舶疲1．1Miner线性疲劳累积损伤计算劳强度的评估做了统一规定。在计算船舶与海洋工程结船体结构承受载荷的同时在波浪中航行会受到不构物疲劳强度时，充分考虑焊接残余应力的影响，不仅真同的交变载荷的作用，船体结构的疲劳破坏是交变载实反映结构物实际承载情况，有望实现疲劳强度更精准荷作用下构件从萌生裂纹扩展到最后断裂破坏的损伤的计算，且在船舶与海洋工程结构物的强度计算中具有累积过程。因此，在进行船舶疲劳强度计算时，需要把重要的理论意义和实用价值。交变载荷循环产生的疲劳损伤进行累加。一般船舶进采用有限元方法分析焊接残余应力对船体结构疲行疲劳校核

4、都采用Palmgram—Miner线性累积方法。劳强度的影响。以一艘散货船的中间三舱段结构作为《散货船共同规范》(CSR)给出了每一种装载工况下的研究对象，建立有限元分析模型，确定热点响应应力，疲劳损伤计算公式：=Tc~jNL{厂(+。y(÷+1'))(1)式中：为S—N曲线参数，通常取1．014×10；为型不完整Gamma函数，其中，(s，)=～e～dt；表影响系数，与装载工况有关；NL为设计寿命中总的循环次数，其值为=；表示设计寿命时间，单示1型不完整Gamma函数，其中(s，)=一e—dt。位为s，其值7．884×10；为Weibul

5、l函数的形状参不同应力水平对应的疲劳损伤度D为该幅值交变载荷的循环次数与只有该应力水平作用下结构达到数，取值为1．o；取10；=(竽)。ln；厂表示2破坏所需的循环次数的比值。若该应力范围一共有K级，总的疲劳损伤度D按下式计算：收稿日期：2015—06—05KK基金项目：福建省自然科学基金项目(2011J01326)；福建省教育厅重点D==∑==∑(2)』’项目(JA11149)。i=1J=12015年第9期25学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com俘掳试验研究焊接残余应

6、力后的4个位置的热点在每种工况条件下的基本疲劳损伤度D的变化趋势为：随着焊接残余应力的增大对应的Di成增大趋势。当焊接残余应力为拉应力时，焊接残余拉应力会同外载荷对结构产生的循环响应力进行叠加，其Ⅲ鞋R结果会增大热点的应力范围，焊接接头的疲劳累积损伤度也会随之变大，从而导致构件的疲劳强度降低。施加不同值的焊接残余应力，各装载工况下叠加焊接残余应力／MPa后总的疲劳累积损伤度D的变化趋势曲线参如图6所(b)正常压载示，从图6中可以看出，热点4的疲劳累积损伤度D在施加20MPa后相对不考虑焊接残余应力直接计算的值有所减小，其原因是由于热点位置和

7、其附近的结构形式，施加20MPa焊接残余应力后重压载工况热点应力范围相对较小，对疲劳累积损伤贡献较小；其它3个位置热点的疲劳累积损伤度D随焊接残余应力的变大枨按一定规律性增大。岛焊接残余应力／MPa(c)隔舱装载辎Ⅲ描粘R蟋Ⅲ骺焊接残余应力／MPa粘R图6不同热点的疲劳累积损伤D随焊接残余应力的变化曲线针对研究对象船体结构，根据对热点在加载不焊接残余应力／MPa同大小的焊接接残余应力后疲劳累积损伤D的变(d)重压载化趋势进行分析，对其数据进行拟合，得到不同大图5加载不同焊接残余应力时热点在不同工况下小焊接残余应力与疲劳累积损伤D的近似函数方

8、的疲劳损伤度程：0．01050-⋯+D(0≤⋯<20)rD={0．00015o-一0．005230-+1．0789D(20≤<40)(3)0．00020-一0．012o-+1．2