简化疲劳分析的基本原理及其工程应用.pdfVIP

叶祥记，等：简化疲劳分析的基本原理及其工程应用 简化疲劳分析的基本原理及其工程应用 叶祥记祝涛张孝卫张鑫 (海洋石油工程股份有限公司设计公司 天津300452) 摘要：海洋钢结构在其整个生命周期中，将遭受大量交变应力从而可能发生疲劳破坏。这些产生交变应力的循 环荷载包括：由波浪荷载、涡激振动以及风荷载等环境荷载。因此疲劳分析在海洋结构设计中显得格外重要。常 用的疲劳分析方法包括简化疲劳分析、谱疲劳分析、确定性分析和断裂力学分析等。本文着重阐述疲劳分析方法 的基本原理、详细推导其计算公式、并结合ABs规范和DNV规范等海洋工程规范编制程序实现其计算过程并将其应 用于实际工程项目中． 关键字：海洋工程：钢结构；简化疲劳分析 1．引言 S—N曲线的一般表达式如下： 由于结构受到循环荷载作用产生交变应 撇．r (1) 力而导致材料破坏，这种破坏形式称之为疲 式中： 劳。在海洋工程领域中，结构遭受波浪力作 N：屈服的循环次数 用、涡激振动以及风荷载等的作用都会致使 S：应力幅值 结构产生交变应力。因此疲劳分析在海洋结 m，K，C试验常数。 构分析中起着重要的作用。本文着重阐述基 2．2应力幅值分布假定 于双参数Weibull分布的简化疲劳分析方法以 在简化疲劳分析法中，假定疲劳应力幅 及其在工程中的应用。 值分布密度函数为双参数型Weibull分布，密 度函数表示如下： 2．简化疲劳分析方法基本原理 2．1S—N曲线 邢，=涮一唧旧‘](2) 许多研究结构ABSn3、DnV‘21和API‘31等通 过对结构构件进行疲劳屈服试验，对于不同 式中：A为缩放系数，善为形状系数。 的材料、不同的位置和外界因素，获得了构 某一应力幅值S的Weibull分布函数为： 件应力幅值与循环次数的关系曲线，称之为 s—N曲线。例如图l所示为某一双直线型S-N曲 线。 则应力幅值S的超越概率为： c4， p=·一，cs，=exp[一(丢)善] 假定在整个生命周期(荷载循环次数为N0) 结构最大的应力幅值为S。，有： 图1双直线型S-N曲线 ’2009全国钢结构学术年会论文集[2009·10] 105 设计分析计算篇 p(啦唧㈣fb㈣ x=(身 ㈤， 从上式，能够得到缩放系数： D：丝彳m A=瓯(1llNo)一了 (6) K)…威)工一(pxe％zDcJ山 7 Gamma函数定义为。 则，对任意应力幅值S的超越概率为