复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报

王丽丽，黄小平，崔维成

（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）

1 引 言

船舶在海上航行，由于波浪载荷的作用，使得船舶持续地处于交变载荷的作用下，加之船舶大型化趋势以及高强度钢在船舶结构中的逐步应用，引起了船舶疲劳强度的进一步降低。多项研究表明疲劳破坏是船舶结构失效的重要形式之一[1-2]。

目前，各船级社的疲劳强度校核主要是基于S-N曲线和线性累积损伤理论的传统方法，但其存在着一些难以克服的缺陷，如：预报结果离散性大且不能对预报结果进行检验，不能对裂纹的形态，如长度、方向等进行描述和预报，不能对出现裂纹的结构进行剩余疲劳寿命的评估和预报，并基于此提出维修策略；与此同时，基于断裂力学的疲劳研究方法很好地解决了这些问题。疲劳失效以裂纹的形式出现，其中又以肘板连接处出现裂纹的频率较高[1]。目前，针对肘板处裂纹的扩展路径、扩展速率以及疲劳寿命预报的研究较少[3-4]。为了研究FPSO纵骨与横向框架相交处的疲劳特性，DNV在其位于奥斯陆的实验室进行了一次全尺度实验[5]，本文应用基于断裂力学的方法对该实验中的两条肘板裂纹的扩展路径、扩展速率进行数值模拟，提出适用于肘板的疲劳裂纹扩展寿命的预报方法。

2 疲劳裂纹扩展寿命计算模型

疲劳裂纹扩展寿命的计算基于裂纹扩展率曲线方程。近年来，以Paris公式[6]为基础，将应力比、裂纹尖端闭合效应、载荷次序效应和应力强度因子门槛值等考虑在内，许多学者提出了自己的模型。……