隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋擴展預報方法研究

《隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋擴展預報方法研究》是依託上海交通大學，由黃小平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋擴展預報方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃小平
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

船舶與海洋結構物大多為大型焊接結構，受到風、浪、流等隨機外載荷的作用，其疲勞損傷主要以表面裂紋形式發源於焊接接頭焊趾處，且小裂紋的擴展階段占其疲勞壽命的主要部分。因此要準確預報船舶與海洋結構物的疲勞壽命，必須研究隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋的疲勞擴展特性及預報方法,但隨機載荷作用下小裂紋尤其是焊趾表面小裂紋的疲勞擴展預報歷來是個難題。本項目以與載荷歷史相關的等效應力強度因子幅為裂紋驅動力，建立隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋擴展特性的單一曲線模型預報方法。主要研究內容為：1、複雜應力場中表面小裂紋擴展特性及其等效應力強度因子幅的計算方法；2、隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋擴展特性預報方法；3、表面裂紋擴展過程中裂紋尺寸測量方法及焊趾表面小裂紋擴展預報方法實驗驗證。為建立基於裂紋擴展的船舶與海洋結構物的疲勞壽命預報方法提供理論和實驗支撐。

結題摘要

船舶與海洋結構物大多為大型焊接結構，受到風、浪、流等隨機外載荷的作用，其疲勞損傷主要以表面裂紋形式發源於焊接接頭焊趾處，且小裂紋的擴展階段占其疲勞壽命的主要部分。隨機載荷作用下小裂紋尤其是焊趾表面小裂紋的疲勞擴展預報歷來是個難題。本項目以與載荷歷程相關的等效應力強度因子幅為裂紋驅動力，建立隨機載荷作用下焊趾表面小裂紋擴展特性的單一曲線模型預報方法。完成的主要研究內容為：1、複雜應力場中表面裂紋擴展特性及其等效應力強度因子幅的計算方法；2、隨機載荷作用下焊趾表面裂紋擴展特性預報方法；3、表面裂紋擴展過程中裂紋尺寸測量方法及焊趾表面裂紋擴展預報方法實驗驗證。取得了複雜載荷作用下焊趾表面裂紋應力強度因子的數值計算方法和一些典型節點焊趾表面裂紋應力強度因子計算式，將單一曲線模型套用到某大型貨櫃船典型節點的疲勞壽命預報。為建立基於裂紋擴展的船舶與海洋結構物的疲勞壽命預報方法提供理論和實驗支撐。對焊趾表面裂紋擴展試驗研究結果表明：對於未經打磨的焊縫焊趾處的表面裂紋初始尺寸選定為深度a=0.5mm，長度2c=3mm進行裂紋擴展預報，預報結果和試驗符合較好，而對於焊縫或焊趾處進行打磨處理的焊接結構疲勞壽命預報，由於表面更為光順且應力集中更小則表面裂紋初始尺寸應當更小，建議分為兩段進行計算，從初始裂紋到0.5mm採用降低門檻值並對裂紋長度採用歐文修正得到裂紋當量長度進行計算，具體還需要進一步研究。當裂紋深度大於0.5mm後則和未打磨焊縫裂紋的計算方法相同。應當指出本項目採用電子照相技術檢測小裂紋擴展方法只能測量裂紋表面尺寸，對於深度依然基於裂紋擴展形貌的假定，有待於進一步的試驗驗證；不同試件所得測試裂紋擴展數據離散性較大，因此上述建議的裂紋初始尺寸還需要得到更多的實驗結果，尤其是工程結構實例的驗證。全面完成所提的各項研究內容，達到預定的研究目標，部分成果已寫入中國船級社2016“高強度鋼超厚板結構基於斷裂力學理論的疲勞強度計算指南”。