CH5-2-疲勞強度直接計算法-2014-03-26

1、5.3 疲勞評估的直接計算法疲勞評估的直接計算法5.3.1 概述概述 簡化方法受船型限制，對各船型用直接計算簡化方法受船型限制，對各船型用直接計算 1. 疲勞評估的直接計算是相對于其簡化方法而言。疲勞評估的直接計算是相對于其簡化方法而言。 特點：特點：1）由波浪載荷軟件直接得到疲勞載荷）由波浪載荷軟件直接得到疲勞載荷; 2）用結構有限元分析得到應力響應和應力范圍）用結構有限元分析得到應力響應和應力范圍. 2. 基于譜分析的疲勞評估方法基于譜分析的疲勞評估方法 1）應力范圍的分布采用分段連續(xù)模型。每個連續(xù)分布）應力范圍的分布采用分段連續(xù)模型。每個連續(xù)分布模型對應于一個航行工況，即短期分布。一定裝

2、載，一定海模型對應于一個航行工況，即短期分布。一定裝載，一定海況（況（ 、 ），）， 一定，一定，V一定。一定。SHST 疲勞載荷：疲勞載荷： 2）船舶在波浪中的運動響應及載荷響應按線性理論得到。）船舶在波浪中的運動響應及載荷響應按線性理論得到。 3）應力響應、應力范圍）應力響應、應力范圍 通過結構有限元分析計算應力響應。對每個短期分布，通過結構有限元分析計算應力響應。對每個短期分布，用瑞利分布，統(tǒng)計參數(shù)（方差）用譜分析法得到。用瑞利分布，統(tǒng)計參數(shù)（方差）用譜分析法得到。 4）疲勞損傷時各短期疲勞損傷的組合，各短期損傷按分）疲勞損傷時各短期疲勞損傷的組合，各短期損傷按分段連續(xù)模型得到。段連續(xù)模

3、型得到。應力響應應力響應波浪載荷波浪載荷應力響應譜應力響應譜和短期分布和短期分布疲勞累積和損疲勞累積和損傷傷S-N曲線曲線軟件軟件有限元模有限元模型型海浪譜和海海浪譜和海況資料況資料 3. 計算過程流程圖：計算過程流程圖：5.3.2 計算過程要點計算過程要點 各環(huán)節(jié)以前均有介紹，綜合應用。各環(huán)節(jié)以前均有介紹，綜合應用。 1. 譜分析法譜分析法 -RAO，對應單位波幅應力響應，對應單位波幅應力響應 -海浪譜海浪譜 -應力響應譜應力響應譜注意注意 長峰波長峰波短峰波短峰波 2xxGHG 2H G xxG xxGe0 00 xxmGd 應力峰值應力峰值 服從瑞利分布服從瑞利分布 應力范圍應力范圍 窄

4、帶譜窄帶譜 2. 應力響應函數(shù)應力響應函數(shù) 定義：單位波幅的應力響應定義：單位波幅的應力響應 方法一：時歷計算，每個周期取若干個計算點方法一：時歷計算，每個周期取若干個計算點, 取峰值。取峰值。 200exp2fmm 200exp48ssf smm Hs=2 方法二：線性系統(tǒng)，復數(shù)振幅計算法方法二：線性系統(tǒng)，復數(shù)振幅計算法 前提：線性系統(tǒng)前提：線性系統(tǒng) 原理：原理： 不計阻尼，船體結構運動方程不計阻尼，船體結構運動方程 -各運動分量幅值列向量，復數(shù)形式各運動分量幅值列向量，復數(shù)形式 -各外力幅值列向量，復數(shù)形式各外力幅值列向量，復數(shù)形式 -質量矩陣質量矩陣 -波浪（遭遇）頻率波浪（遭遇）頻率

5、對于船體，外力即是船體濕表面水動壓力的合力。對于船體，外力即是船體濕表面水動壓力的合力。 i tMtF tF e 2i tte FM 2, ,SMFP x y zn ds 慣性力慣性力 水動壓力積分水動壓力積分 代入上式：代入上式：對應兩個狀態(tài)加載進行結構分析對應兩個狀態(tài)加載進行結構分析 幅值幅值 應力應力RAO csi, , , ,csP x y tP x y tiP x y t 2, ,cSMP x y zn ds 2, ,sSMP x y zn dsCS=+i 22ACS= AH= 3. 應力響應的有限元分析（符合一般原則）應力響應的有限元分析（符合一般原則） 1）模型建立）模型建立 a

6、、全船模型、全船模型 b、艙段模型、艙段模型 2）節(jié)點選?。┕?jié)點選取 a、必選節(jié)點、必選節(jié)點 (規(guī)范規(guī)定規(guī)范規(guī)定) b、篩選節(jié)點、篩選節(jié)點 (根據(jù)應力分析結果根據(jù)應力分析結果-粗網格分析粗網格分析)3）熱點應力網格細化）熱點應力網格細化- 網格尺寸網格尺寸t量級量級 嵌入式應力集中模型嵌入式應力集中模型 或或 獨立子結構模型。獨立子結構模型。 4）應力分析。（平衡狀態(tài)）應力分析。（平衡狀態(tài)） 慣性力慣性力 5）提取應力）提取應力 a、熱點（細化）直接取，插值、熱點（細化）直接取，插值 (CCS規(guī)范，規(guī)范，HCSR規(guī)范中有規(guī)范中有關插值方法的規(guī)定關插值方法的規(guī)定) b、一般情況，名義應力、一般情

7、況，名義應力 應力集中系數(shù)應力集中系數(shù) 22sMMc或 22HcsCS AHK 4. 平均應力修正平均應力修正 考慮平均應力影響，采用考慮平均應力影響，采用Goodman修正。修正。 應力范圍應力范圍 等效應力范圍等效應力范圍 平均應力平均應力 對于應力比對于應力比R=0的的S-N曲線曲線meq -平均應力，靜水載荷引起，有加載平均應力，靜水載荷引起，有加載的有限元計算得到的有限元計算得到 -材料抗拉極限強度材料抗拉極限強度 修正物理意義：用修正物理意義：用 代替代替S-N曲線曲線 中的中的S。 5. 疲勞累積損傷計算疲勞累積損傷計算 對某一海況對某一海況i，航向，航向j，V、D一定，航行時間

8、（由海一定，航行時間（由海況況i和航向和航向j出現(xiàn)概率定海況出現(xiàn)概率定海況i出現(xiàn)概率出現(xiàn)概率海況分布表）航海況分布表）航向用向用j出現(xiàn)概率等分原則出現(xiàn)概率等分原則 1/12=2/12=.，1/12 / 21eqmbmbeqS=mNS =A 00ijijmijsijT fDS fs dsA0ijf30 考慮平均應力修正后：考慮平均應力修正后： A-選用選用S-N曲線的參數(shù)曲線的參數(shù)A ：單位時間循環(huán)次數(shù)：單位時間循環(huán)次數(shù)因因 與與 不同，還需要數(shù)值計算不同，還需要數(shù)值計算 。eq 對于設計壽命期對于設計壽命期 -航速航速V出現(xiàn)頻率，一般取一個出現(xiàn)頻率，一般取一個V，V=2/3設計設計航速或營運航