疲勞與斷裂作業(yè)

1、在船舶與海洋工程領域，目前國內對疲勞問題的機理研究幾乎處于停滯狀態(tài)，本文考慮了提出考慮腐蝕缺陷的冰區(qū)平臺動態(tài)疲勞可靠性模型，并基于Bayes理論研究檢測與維修對平臺動態(tài)疲勞可靠性更新。以疲勞壽命為控制量，確定基于斷裂力學方法的冰區(qū)平臺動態(tài)疲勞可靠性功能函數；分析腐蝕對平臺動態(tài)疲勞可靠性的影響，建立考慮疲勞與腐蝕交互作用的冰區(qū)平臺動態(tài)可靠性模型；基于Bayes理論對腐蝕預測模型進行修正，通過修正腐蝕模型實現，最后通過渤海某一平臺為例，進行

2、驗證和分析。其基本原理如下：考慮腐蝕的影響，并設腐蝕函數為d(t)，則管節(jié)點的臨界深度可表示為fa其中t為平臺服役時間。根據斷裂力學理論，以疲勞壽命為控制量，并??0fawdt??考慮尺寸參數的不確定性，平臺節(jié)點的疲勞壽命分析功能函數??????001wdtmaavgYSedagttfCBYaBSa?????????其中C和m為材料的裂紋擴展參數，由材料屬性確定，為等效疲勞應力范圍，eS為荷載作用的平均頻率，為裂紋擴展的幾何修正系數，和

3、分別為描述疲avgf??YaSBYB勞應力和幾何修正系數計算過程中的不確定因素的隨機變量。綜上可知，等效疲勞應力范圍和荷載作用的平均頻率為兩個重要的計算參數，eSavgf而這參數可以通過對整個冰激疲勞環(huán)境劃分子工況的方法確定，因此根據每個子工況的疲勞應力參數與工況比例獲取和；eSavgf，，其中k為子工況數，為子工況??10101kmmiiiiekiiifESSf???????????????????01kavgiiiff????i?i

4、所占的比例，為子工況i的荷載頻率，為子工況中的均值。0if??miESmS由于考慮到腐蝕的影響，腐蝕函數d(t)采用paik腐蝕模型，該模型的表達式為其中的A和B分別為與????????????????????2222BBiiCCAAAAdtAtTtTAA?????????????腐蝕保護系統(tǒng)相關的系數，t為平臺服役時間，為CPS壽命。此時關鍵確定參數A，切CT此參數需要根據不斷地檢測數據進行更新，根據bayes更新原理，設更新前的系數

5、A的均值和標準差為更新后的均值和標準差為，因此，第i年檢測更????AA??????AA??新后的均值和標準差為??????????????2222iAAAAAAA??????????更新后的腐蝕模型為??????????22222iAAAAA???????腐蝕疲勞是一個較為復雜的問題，由于許多影響因素間錯綜復雜的關系目前要定量預計所設計的構件的腐蝕疲勞強度還很困難，腐蝕疲勞的防護起到一定的作用：1.合理選材與優(yōu)化材料；采用耐腐蝕疲勞的

6、材料。由于鋼的強度愈高，通常其腐蝕疲勞敏感性愈大，因此選擇強度低的鋼種一般更為安全。例如含二氧化硫的溶液中Cr26Ni15鐵素體–奧氏體雙相不銹鋼較奧氏體不銹鋼耐蝕。2.降低張應力水平或改善表面應力狀態(tài)；設計上注意結構合理化，減少應力集中，避免縫隙結構，適當加大截面尺寸。3.緩腐蝕作用；常用的措施有施加表面、添加緩蝕劑和實施電化學保護技術。（1）表面涂(鍍)層噴丸、氮化等在材料表面產生壓應力，有利于提高耐腐蝕疲勞性能。例如碳鋼經氮化處理

7、后在3%氯化鈉溶液中的壽命可提高2～3倍。（2）添加緩蝕劑例如在含乙醇的水中加200ppm重鉻酸鈉可使正火的0.35%碳鋼的腐蝕疲勞性能接近空氣中的疲勞性能。（3）電化學保護在弱酸性、中性和堿性介質中可采用陰極保護，如碳鋼在3%氯化鈉溶液中和在循環(huán)應力作用下，采用陰極保護可顯著提高耐腐蝕疲勞性能。但不能完全防止，這可能是由于在交變應力作用下，材料電勢的變化并不是同一方向的。在氧化介質中使用的碳鋼，特別是不銹鋼，也可采用陽極保護。在海洋工

8、程中，根據不同的海工況疲勞損傷累計公式推導：已知SN曲線表達式為，伽馬函數表達形式為，瑞利分布函mNAS????10xtxtedt??????數為。??22exp422ssgs??????????????????對于第i個短期海況，其疲勞損傷為：iD??00002020222222000exp42222exp222222miiiimiiiimiiimmiiiiiTDsfPgdsATfPsgdsATfPsssdsATfPsssdATf??

9、?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22220022exp2222222212mmiiiiimiiPsssdATfPmA?????????????????????????????????????????????????????????????????????