结构的疲劳失效与疲劳控制设计2节.ppt

JZ20－2北高点平台典型应力谱及应力峰概率分布 应力标准差 JZ20－2北高点平台各工况下应力标准差 平 台 冰激疲劳寿命（年） JZ20－2北高点平台 64 平台冰激疲劳寿命 对于重要构件的疲劳分析必须进行充分的试验验证，若仅依据分析，则必须保证足够的安全储备，一般取安全系数为2－3。综合考虑， JZ20－2北高点平台的冰激疲劳寿命满足设计要求。 思考题 材料疲劳破坏的过程 如何获得材料的S-N 曲线 结构疲劳破坏为什么比较危险 材料疲劳与结构疲劳区别 低周疲劳与高周疲劳 有限寿命与无限寿命的概念 疲劳环境的概念 安全寿命分析就是保证结构在有限长的设计寿命内，不发生疲劳破坏。它的基础是Miner累积损伤理论和材料的S－N曲线。根据Miner累积损伤理论，结构的累积损伤度可以表示为应力幅实际循环次数ni与循环至破坏的次数Ni之比，疲劳寿命为累积损伤度的倒数。其中ni由荷载谱和疲劳环境给出，Ni由材料的S－N曲线给出。对于海洋工程来说，目前常用的S－N曲线是美国API规范给出的两条曲线。 考虑到疲劳破坏的分散性等不确定因素，安全寿命分析应当具有足够的安全储备。 为了选择合适的疲劳寿命分析方法来进行平台冰激疲劳寿命估计，我们需要对现有的疲劳寿命估计方法进行一下总结。疲劳寿命的估算的方法有很多，目前来讲，主要有四种方法，即是无限寿命分析方法、安全寿命分析方法、损伤容限分析方法和耐久性分析方法。综合比较这四种方法，安全寿命估计方法在海洋工程中应用比较多，目前在各国海洋规范中大多推荐使用这种方法对海上钢结构进行疲劳分析,它简单、应用方便且具有一定的可靠性，因此我们选择安全寿命分析方法来进行冰激疲劳寿命估计。下面我们具体介绍一下安全寿命分析方法的思路。 首先是冰期的确定，在这里冰期指的是有效冰期，也就是一年中有效冰日的天数。根据实测历史资料，我们把每年的冰情划分等级，统计每种等级冰情出现的频次以及有效冰日，然后用有效冰日乘上这种等级冰情出现的频次，累加起来，就得到了有效冰期的平均值，为42天。 冰作用时间我们取24小时 冰作用方向按照冰流向概率分布，取两个出现概率最多的方向，也就是以正北向为基准，顺时针45度和225度。 对于动力分析来讲，模型的简化应尽可能正确的反映真实结构自振频率与振型。结构模型的简化主要有三部分：质量，刚度和阻尼。上部质量假定为均匀分布。对于刚度来说，主要是考虑如何考虑桩－土相互作用，一般可以用等效弹簧或等效桩来简化。对海洋平台的阻尼一般在1％－5％之间，我们根据实测的平台振动位移衰减曲线算得平台得阻尼为2％。 我们对两座平台进行了详细的冰激疲劳分析，分别是：正在设计的JZ20－2北高点平台和现役的JZ20－2MSW平台 其中北高点平台是一座独腿井口平台，导管架直径为3.5m，三个裙桩直径都是1.3m，水深13.5m，上部质量为250t，导管架用钢量为280t JZ20－2MSW平台是一座三腿平台，导管架直径为1.2m，水深16.5m，上部质量200t，导管架用钢量210t。 北高点一阶频率为0.87Hz，由于北高点平台正在设计中，不能实测它的频率，我们算的结果是0.87HZ，时博士算的结果为0.93HZ，是比较接近的，说明计算结果是对的；JZ20－2MSW平台的一阶频率为1.36Hz，实测的一阶频率为1.32，两个结果也是比较接近的，说明计算是正确的。 首先是冰期的确定，在这里冰期指的是有效冰期，也就是一年中有效冰日的天数。根据实测历史资料，我们把每年的冰情划分等级，统计每种等级冰情出现的频次以及有效冰日，然后用有效冰日乘上这种等级冰情出现的频次，累加起来，就得到了有效冰期的平均值，为42天。 冰作用时间我们取24小时 冰作用方向按照冰流向概率分布，取两个出现概率最多的方向，也就是以正北向为基准，顺时针45度和225度。 冰厚和冰速是独立分布的，各自单独考虑其概率的分布。按照冰厚、冰速划分工况，对于冰厚，在0－35cm的变化范围内，每间隔3cm取一种冰厚，共取12组。对于冰速，在0－100cm/s的范围内，每间隔5cm/s取一种冰速，共20组。 对于北高点平台，我们选用等效弹簧来模拟桩－土相互作用，桩入土70m，弹簧间距0.2m，共有3万多个单元。 放空管断口分析 放空管的断裂断口宏观特征 放空管的断裂断口微观特征 疲劳条带间距较大 断口与轴线成90。角 断口表面有较明显的裂纹源、裂纹扩展区、瞬断区 断口表面没有明显的疲劳弧线 整个断口高低不平 材料的疲劳强度 材料的疲劳强度是指光滑试件经过多次各循环加载的破坏强度。 通常材料的疲劳强度用S-N 曲线表示。 S-为破坏强度，N-为对应的循环次数。 材料的强度与材料的疲劳强度主要区别？ 影响结构疲劳寿命因素 材料的