疲勞與斷裂作業(yè)

1、在船舶與海洋工程領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)對(duì)疲勞問(wèn)題的機(jī)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(tái)動(dòng)態(tài)疲勞可靠性模型，并基于Bayes理論研究檢測(cè)與維修對(duì)平臺(tái)動(dòng)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(xué)方法的冰區(qū)平臺(tái)動(dòng)態(tài)疲勞可靠性功能函數(shù)；分析腐蝕對(duì)平臺(tái)動(dòng)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(tái)動(dòng)態(tài)可靠性模型；基于Bayes理論對(duì)腐蝕預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，通過(guò)修正腐蝕模型實(shí)現(xiàn)，最后通過(guò)渤海某一平臺(tái)為例，進(jìn)行

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

3、分別為描述疲avgf??YaSBYB勞應(yīng)力和幾何修正系數(shù)計(jì)算過(guò)程中的不確定因素的隨機(jī)變量。綜上可知，等效疲勞應(yīng)力范圍和荷載作用的平均頻率為兩個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)，eSavgf而這參數(shù)可以通過(guò)對(duì)整個(gè)冰激疲勞環(huán)境劃分子工況的方法確定，因此根據(jù)每個(gè)子工況的疲勞應(yīng)力參數(shù)與工況比例獲取和；eSavgf，，其中k為子工況數(shù)，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(shù)d(t)采用paik腐蝕模型，該模型的表達(dá)式為其中的A和B分別為與????????????????????2222BBiiCCAAAAdtAtTtTAA?????????????腐蝕保護(hù)系統(tǒng)相關(guān)的系數(shù)，t為平臺(tái)服役時(shí)間，為CPS壽命。此時(shí)關(guān)鍵確定參數(shù)A，切CT此參數(shù)需要根據(jù)不斷地檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，根據(jù)bayes更新原理，設(shè)更新前的系數(shù)

5、A的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為更新后的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為，因此，第i年檢測(cè)更????AA??????AA??新后的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為??????????????2222iAAAAAAA??????????更新后的腐蝕模型為??????????22222iAAAAA???????腐蝕疲勞是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，由于許多影響因素間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系目前要定量預(yù)計(jì)所設(shè)計(jì)的構(gòu)件的腐蝕疲勞強(qiáng)度還很困難，腐蝕疲勞的防護(hù)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(qiáng)度愈高，通常其腐蝕疲勞敏感性愈大，因此選擇強(qiáng)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(yīng)力水平或改善表面應(yīng)力狀態(tài)；設(shè)計(jì)上注意結(jié)構(gòu)合理化，減少應(yīng)力集中，避免縫隙結(jié)構(gòu)，適當(dāng)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(shí)施電化學(xué)保護(hù)技術(shù)。（1）表面涂(鍍)層噴丸、氮化等在材料表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，有利于提高耐腐蝕疲勞性能。例如碳鋼經(jīng)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(xué)保護(hù)在弱酸性、中性和堿性介質(zhì)中可采用陰極保護(hù)，如碳鋼在3%氯化鈉溶液中和在循環(huán)應(yīng)力作用下，采用陰極保護(hù)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(yīng)力作用下，材料電勢(shì)的變化并不是同一方向的。在氧化介質(zhì)中使用的碳鋼，特別是不銹鋼，也可采用陽(yáng)極保護(hù)。在海洋工

8、程中，根據(jù)不同的海工況疲勞損傷累計(jì)公式推導(dǎo)：已知SN曲線表達(dá)式為，伽馬函數(shù)表達(dá)形式為，瑞利分布函mNAS????10xtxtedt??????數(shù)為。??22exp422ssgs??????????????????對(duì)于第i個(gè)短期海況，其疲勞損傷為：iD??00002020222222000exp42222exp222222miiiimiiiimiiimmiiiiiTDsfPgdsATfPsgdsATfPsssdsATfPsssdATf??

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