一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法技术

本发明专利技术针对海洋工程结构/构件低周疲劳裂纹扩展，涉及一种在三维空间中同时计算扩展速度及方向的方法，包括：1、有限元方法获得裂纹尖端应力/应变场，2、采用应变‑寿命曲线确定不同应变/应力状态下有限元单元疲劳寿命周数，基于不可逆热力学方法建立塑性损伤演化模型，3、将载荷状态输入塑性损伤演化模型，计算各单元损伤程度，修正各单元材料本构，损伤达到破坏阈值后删除失效单元，4、依载荷加载顺序不断重复以上过程，损伤单元则持续由裂纹尖端萌生直至失效，5、单元删除过程与载荷历程相对照，可同时获得构件/结构低周疲劳过程中裂纹扩展速度及方向。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法
本专利技术涉及结构力学疲劳裂纹分析领域，具体涉及一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法。
技术介绍
目前，复杂海洋环境下海工结构长期承受多变的多轴动态载荷，会在服役中于应力集中处产生裂纹并成为结构破坏的关键要素，其低周(强载)疲劳裂纹扩展速度远远大于高周疲劳，在很大程度上决定了海洋工程结构/构件的承载性能和寿命，准确预测低周疲劳裂纹扩展速率和方向成为相关工程设计和研发的核心工作之一。海洋工程结构设计中，传统疲劳寿命计算方法首先分析结构热点及应力，以雨流计数等方法获得载荷历程，依应力-寿命曲线将不同载荷下疲劳损伤线性叠加，其中热点应力计算未考虑裂纹区域应力奇异性，雨流计数法难以处理载荷的历程效应，应力-寿命曲线通过光滑试验单轴试验所取得，一方面未考虑裂纹等对应力-寿命的影响，另一方面未考虑结构实际存在的多轴应力状态，而多轴应力下结构疲劳寿命往往远低于单轴应力。疲劳裂纹扩展计算中，Paris曲线多用于高周疲劳，且与裂纹扩展方向和方式直接相关，因为该类特性直接影响裂尖应力/应变场所处状态；多轴载荷条件下，临界面法和能量法与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：A、采用有限元模拟计算含裂纹结构的应力应变场；B、在不可逆热力学条件下建立低周疲劳塑性损伤的模型；C、通过有限元方法将应变场与损伤场相耦合形成网格单元模型进行损伤计算与累计；D、确定裂纹扩展速度与方向。

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法，其特征在于：包括以下步骤：A、采用有限元模拟计算含裂纹结构的应力应变场；B、在不可逆热力学条件下建立低周疲劳塑性损伤的模型；C、通过有限元方法将应变场与损伤场相耦合形成网格单元模型进行损伤计算与累计；D、确定裂纹扩展速度与方向。2.根据权利要求1所述的一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法，其特征在于：所述含裂纹结构为导管架或加筋板或焊接节点，将裂纹尖端及裂纹可能扩展区域的网格单元细化。3.根据权利要求2所述的一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法，其特征在于：所述步骤B包括根据材料特性选择势函数，选择时将应力三轴度及根据应变幅值确定的材料寿命和损伤萌生、根据循环塑性确定的损伤演化指数引入。4.根据权利要求3所述的一种海洋工程结构低周疲劳裂纹扩展速度与方向的预测方法，其特征在于：所述步骤C中在相同应变幅值下，损伤给予损伤模型直接计算，应变幅值循环周数采用变量，应变幅值改变后...

【专利技术属性】
技术研发人员：方辉，刘勇，孙德成，王昊，孙计博，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37