随机波浪载荷下基于断裂力学的结构疲劳分析算法研究

海洋工程装备与技术 ›› 2014, Vol. 1 ›› Issue (3): 213-217.

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随机波浪载荷下基于断裂力学的结构疲劳分析算法研究

尹彦坤, 陈实, 李挺前

湛江南海西部石油勘察设计有限公司,广东湛江 524057

收稿日期:2014-08-20 出版日期:2014-09-20 发布日期:2016-03-30
作者简介:
作者简介:尹彦坤(1980-),男,高级工程师,主要从事海洋石油固定式平台结构设计.

Research of Numerical Algorithms for Structure's Fatigue Assessment in Random Waves Based on Fracture Mechanics

Yan-kun YIN, Shi CHEN, Ting-qian LI

Zhanjiang Nanhai West Oil Survey & Design Co., Ltd., Zhanjiang, Guangdong 524057, China

Received:2014-08-20 Online:2014-09-20 Published:2016-03-30

摘要/Abstract

摘要：

应用断裂力学方法进行结构疲劳评估,Paris法则给出了简洁的计算公式,但是对于海洋结构物来说,在随机波浪载荷下的响应是非常复杂的.因此,对于结构疲劳寿命的评估,寻求一种兼顾计算效率,准确度和安全性的计算方法是非常重要的.结构的响应应力是一个随机变量,为了提高计算效率,研究了其等效恒值应力;为了保证计算结果的安全性,探讨了长期波浪分布下应力的加载次序.

关键词: 随机波浪, 断裂力学, 疲劳, 算法

Abstract:

Paris law gives a simple formula for offshore structure's fatigue assessment with fracture mechanics method. However, the input "stress" data are complex, because the offshore structure's response under random waves is complex. For structures exposed under long-term waves, it is important to find a numerical algorithm which is efficient, accurate and safe for calculating fatigue life. Structure's response stress is a random variable, so its equivalent constant value can be investigated for efficiency,and its loading sequence under long-term waves should be investigated for conservation.

Key words: random waves, fracture mechanics, fatigue, numerical algorithm

中图分类号:

TU973+.254

尹彦坤, 陈实, 李挺前. 随机波浪载荷下基于断裂力学的结构疲劳分析算法研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2014, 1(3): 213-217.

Yan-kun YIN, Shi CHEN, Ting-qian LI. Research of Numerical Algorithms for Structure's Fatigue Assessment in Random Waves Based on Fracture Mechanics[J]. Ocean Engineering Equipment and Technology, 2014, 1(3): 213-217.

图/表 12

图1

图2

图3

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图4

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表5

表6

表7

图5

参考文献 4

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有效波高	跨零周期	持续时长	波浪谱
H_s/m	T_z/s	T/s
3.0	7.0	43 200	PM谱

裂纹初始尺寸	应力强度因子幅阈值	应力强度因子修正系数	裂纹扩展率常数
a/mm	Δk₀ /(MPa·m^1/2)	Y	A	m
2.0	63.0	2.0	1.32×10^-11	2.67

应力阈值	有效周期	有效应力	有效循环次数	裂纹扩展
σ₀/MPa	T_e/s	/MPa	N_e	Δa/mm
12.57	5	26.9	6 438	0.005 41

有效波高H_s /m	跨零周期T_z/s						总和
有效波高H_s /m	<2	2~3	3~4	4~6	6~10	>10	总和
0	0.139	0.269	0.104	0.003	-	-	0.515
0.0~0.5	1.844	26.065	17.719	5.802	0.090	-	51.52
0.5~1.0	1.172	8.545	15.523	7.394	0.347	-	32.981
1.0~1.5	0.486	2.170	3.134	4.245	0.208	-	10.243
1.5~2.0	0.075	0.871	0.744	1.499	0.211	-	3.400
2.0~2.5	0.006	0.165	0.148	0.521	0.194	-	1.034
2.5~3.0	-	0.006	0.029	0.096	0.096	-	0.227
3.0~3.5	-	-	0.012	0.017	0.029	-	0.058
3.5~4.0	-	-	-	0.003	0.003	-	0.006
4.0~4.5	-	-	-	0.003	0.003	-	0.006
>4.5	-	-	-	0.003	-	-	0.003
总和	3.722	38.091	37.413	19.586	1.181	-	100

组号	1	2	3	4	5	6
H_s/m	4	4	4	1	1	1
T_z/s	7	7	7	3	3	3
T/s	43200	43200	43200	43200	43200	43200

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Research of Numerical Algorithms for Structure's Fatigue Assessment in Random Waves Based on Fracture Mechanics

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施加次序	1/2/3/4/5/6	4/5/6/1/2/3	4/1/5/2/6/3
裂纹初始尺寸 a/mm	2	2	2
裂纹增长 Δa/mm	0.04091	0.04083	0.04086
差别率/%	0.13

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