海洋钢结构疲劳裂纹扩展预报单一扩展率曲线模型.pdf

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1、第15卷第1—2期2011年2月船舶力学JoumalofShipMechanicsV01．15No．1—2Feb．20ll文章编号：1007—7294(2011)0l—0118-0瞎海洋钢结构疲劳裂纹扩展预报单一扩展率曲线模型黄小平1，贾贵磊1，崔维成1一，祁恩荣2(1上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240；2中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：采用基于疲劳裂纹扩展的疲劳寿命预报方法对海洋钢结构的安全寿命进行评估，首先要解决变幅载荷作用下的裂纹扩展率问题，其次是复杂应力场中的应力强度因子计算问题。文章将裂纹扩展率单一曲线模

2、型结合焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法来探讨复杂载荷作用下海洋钢结构的疲劳寿命预报问题。裂纹扩展率单一曲线模型的思想是将任意载况下的应力强度因子等效到尺=0的应力强度因子，并假定超载不影响材料的裂纹扩展率，而是使等效应力强度因子幅减小。使得复杂载荷下的疲劳寿命预报也仅需要对应于R=0时的裂纹扩展率材料常数，从而解决复杂载荷下裂纹扩展率材料常数的确定问题。文中给出了适合于海洋钢结构的裂纹扩展率曲线，焊趾表面裂纹应力强度因子以及残余应力引起的应力强度因子的计算方法。关键词：海洋钢结构；表面裂纹；单一曲线模型；等效应力强度因子幅；残余应力；疲劳寿命中图分

3、类号：TU391U661．4文献标识码：AUIliquecrackgrowthratecurvemodelforfatigueliI．epremctionofmarinesteelstructuresHUANGXi∞一pi}唔l，JlAG蕊一k子，CUlWet—ckr嗨1'2，QIEn—ron92(1StateKeyL丑b0fOc咖EngineeriIlg'sch00l0fNavalArchitecn聃，0ce锄雠dCi、，ilEtIgin恻i％Sh粕gl_laiJiaoT0llguTIiv∞毋，sllan毋1ai2002地chi峨2chiTlaSh

4、ipsciem击cRe蛇archcemer，wuxi214082，China)Abs嘣：西ecl翟酞g州hrateequ撕on锄dtIlecalcul撕on0fSIFforc瑚肽incomplexs讹镐fieldareim-ponantis鲫esf．orf址iguel证．ep捌ictionbasedonf}actu陀mechanics．Inthispaper，aumquecrackgmWthratecunreconlbineswithSIFcalculationequationsforsu—．acec豫ckintheweldtoeisusedtopr

5、edictthefa—tiguelifeofweldedstmctures．Theuniquecrackgro叭hratecunremethodpmVidedasolutionfordete珊in—ingthecmckgrowthrate眦terialconstantsforfatiguelifepredictionofstmcturessubjectedV撕able砌pli-tudeloadinghistory．AuniqueclIack圆∞wthrateequationforIll暑Lrinesteelsisreco肌nended．r11leSI

6、Fcalcu-lationfbrcI．ackincomplexstI．essfieldisp1．ovided．Keywords：marinestmcture；surfacecmck；uniquecunremodel；equiValentSIFR；residualstress；fatiguelife1引言因结构不连续以及其中的缺陷引起的应力集中已成为焊接结构疲劳破坏的主要原因，成为焊接结收稿日期：2010一10—14基金项目：上海市自然基金项目(08ZZRl410000)；江苏省创新学者基金项目(Bl(2008004)；国家科技重大专项(2008ZX0

7、502枷05—04)资助项目作者简介：黄小平(1963一)，男，博士，上海交通大学副教授。第l一2期黄小平等：海洋钢结构疲劳裂纹扩展⋯119构失效的主要形式，有资料表明，疲劳破坏已占焊接结构失效总数的90％。焊接接头作为焊接结构的主要组成部分，由于存在高应力梯度、应力与应变集中范围大、焊接残余应力、组织和力学性能不均匀，并且在实际生产中不可避免存在焊接缺陷。因此，在变化载荷作用下，经常在接头的薄弱部位(焊趾处)萌生疲劳裂纹。并且焊接结构中的疲劳裂纹大多起源于焊接接头表面几何不连续引起的应力集中处，少数起源于焊缝的内部较大的焊接缺陷。在循环应力作用下，

8、这些疲劳裂纹以及随后的裂纹扩展，当其达到临界尺寸，构件剩余断面不足以承受外载荷时，裂纹突然发生没有明显塑性变