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海洋结构物的疲劳寿命研究海洋，这片广袤而神秘的领域，蕴藏着无尽的资源和巨大的发展潜力。
随着人类对海洋的探索与开发不断深入，海洋结构物的应用日益广泛。
从海上石油平台到跨海大桥，从海洋船舶到海洋风电设施，这些结构物在海洋环境中承受着复杂多变的载荷和恶劣的工作条件。
在长期的服役过程中，疲劳损伤成为影响海洋结构物安全性和可靠性的关键因素之一。
因此，对海洋结构物疲劳寿命的研究具有极其重要的意义。
海洋结构物所面临的疲劳问题主要源于其长期承受的波浪、海流、风等动态载荷。
这些载荷的周期性作用会导致结构内部产生应力循环，当应力循环次数达到一定值时，结构就可能会出现疲劳裂纹。
一旦疲劳裂纹开始扩展，就会严重削弱结构的承载能力，甚至引发结构的破坏，从而造成巨大的经济损失和人员伤亡。
为了准确评估海洋结构物的疲劳寿命，首先需要对海洋环境载荷进行深入的研究。
波浪是海洋中最常见也是最重要的载荷之一。
通过对波浪的特性进行分析，如波高、波长、周期等，可以计算出结构所受到的波浪力。
同时，海流的作用也不可忽视，它会对结构产生持续的拖拽力和冲击力。
此外，风荷载在某些海洋结构物，如海洋风电设施中，也起着重要的作用。
在获取了海洋环境载荷的数据后，还需要建立准确的结构力学模型。
结构力学模型能够模拟结构在载荷作用下的应力分布和变形情况。
目前，常用的结构分析方法包括有限元法、边界元法等。
这些方法可以精确地计算结构的应力和应变，为疲劳寿命评估提供基础。
材料的疲劳性能也是影响海洋结构物疲劳寿命的重要因素。
不同的材料具有不同的疲劳特性，因此需要通过大量的实验来获取材料的疲劳曲线和疲劳参数。
这些实验通常包括拉伸试验、疲劳试验等。
同时，材料在海洋环境中的腐蚀也会对其疲劳性能产生不利影响，因此还需要考虑腐蚀与疲劳的相互作用。
在疲劳寿命评估方法方面，目前主要有基于应力的方法、基于应变的方法和基于断裂力学的方法。
基于应力的方法简单直观，但对于复杂的应力状态和局部应力集中的情况，评估结果可能不够准确。
船舶与海洋工程结构物疲劳断裂分析研究现状及展望第一篇：船舶与海洋工程结构物疲劳断裂分析研究现状及展望船舶与海洋工程结构的疲劳及断裂分析研究现状与展望摘要：由船海工程的发展趋势，进而引出疲劳裂纹分析在船海工程中；简述了疲劳分析以及断裂力学的研究现状以及存在的一些问题，浅谈对将来发展趋势的一些看法；然后过渡到当前的研究方法，即主要为数值计算方法；对当前数值计算的具体方法进行了概括，并浅谈发展趋势；列举了两个具体例子，即断裂力学原理在疲劳分析中的应用。
关键词：船舶与海洋工程；疲劳分析；断裂力学；数值计算1.引言海洋产业作为未来世界经济的支柱产业之一，发展潜力非常巨大，世界海洋产业总产值逐年大幅上升。
其中，随着能源问题的日益突出，海洋油气开发将是海洋工程最主要的应用领域。
并且，在发展船舶与海洋工程的同时，由于其技术关联度大，技术含量高，可带动相关行业的科技进步和产业发展。
因此，船海工程有相当广阔的发展前景。
当前，船舶与海洋工程发展趋势主要表现在以下方面。
其一，船舶发展趋势是大型化、高速化。
技术性能的不断提升促进了船舶运载能力和航速的大幅提高，由此船舶经济性、安全性、环保性明显提高。
其二，设计方法不断进步，现代造船模式取代传统造船模式，建造技术装备也在不断发展。
其三，海洋工程装备深水化。
国外从事海洋工程开发已有一百多年的历史，积累了丰富的经验。
发达国家研究的一些深海探测器可达水深已超过万米。
船海工程蓬勃发展，船海结构物发生事故的几率也大大增加。
大型远洋船舶发生海损事故已是屡见不鲜。
海洋环境复杂多变，海浪、大风、潮流、冰雪、海水腐蚀、地震、微生物、碰撞事故等，都会对海洋平台等结构物造成极大的破坏。
更重要的是，船海工程结构物主要采用焊接工艺，由于焊接工艺的特点，焊缝本身不可避免地存在各种缺陷。
在各种交变载荷的作用下，这些应力集中区更有可能发生疲劳破坏，造成灾难性的事故。
因此，疲劳断裂分析的理论及应用领域和形式的发展就显得非常关键。
船舶是一个复杂的水上工程建筑物，随着海洋时代的到来，以及海上贸易的迅速发展，船舶作为重要的海上交通工具，逐渐向大型化、经济化方向发展，船舶的安全可靠性越来越受到人们的高度重视。
在船舶的破坏形式中，断裂是主要破坏形式之一，相关资料显示，因船体结构的断裂而引起的船舶事故已是屡见不鲜，在国内外均出现过船体断裂的事故，因此，为了保证船舶能很好地完成任务，船舶应具有良好的航行性能、工作性能，并具有一定的强度。
本文正是针对船体结构断裂的研究，主要从船体断裂原因分析，一般是由于脆性断裂，疲劳断裂和应力腐蚀断裂引起，尽量的避免船体断裂而引起的事故的发生，并制定措施来维护船体。
关键词：船体结构，断裂，焊接The ship is a complex water works building, along with the ocean era, and the rapid development of maritime trade, the ship as an important transportation means, gradually to large-scale development, economic direction, safety reliability of ship more attention. The failure forms of vessel, fracture is one of the main failure form, related data shows, the ship accidents caused by fracture of hull structure is It is often seen., both at home and abroad have hull fracture accident, therefore, in order to ensure that the ship can accomplish the task well, the ship should have navigation performance, good work performance, and has a certain strength. This paper is a study of hull structure fracture, the main fracture reason from hull classification, usually due to brittle fracture, caused fatigue fracture and stress corrosion cracking, how to avoid as far as possible the hull fracture caused by accidents, how to develop measures to maintain the hull.Key Words：Ship Structure,Fracture,Weld目录前言 (5)1 船体结构的认识 (6)1.1 船体的组成 (6)1.2 船体的焊接 (8)1.2.1船体结构的组成 (8)1.2.2 船体结构的焊接 (9)2 船体的强度及受力情况 (11)2.1 船体的强度 (11)2.2 船体的局部载荷和受力情况 (15)2.3 船体强度分析与计算 (16)3 船体结构的焊接工艺 (18)3.1 整体造船的焊接工艺 (18)3.2分段造船中的焊接工艺 (19)4 船体结构断裂的因素 (22)4.1船体结构脆性断裂 (22)4.1.1船体焊接结构对脆性断裂的影响 (22)4.1.2焊接结构制造工艺的特点对脆性断裂的影响 (24)4.2船体焊接结构疲劳断裂 (25)4.2.1应力集中的影响 (25)4.2.2材料性质的影响 (25)4.2.3残余应力的影响 (26)4.3焊接结构应力腐蚀断裂 (26)5 防止船体焊接结构断裂措施 (27)5.1防止焊接结构脆性断裂的途径 (27)5.1.1正确合理选用材料 (27)5.1.2采用合理的焊接结构设计 (27)5.1.3合理安排结构制造工艺 (28)5.2提高船体焊接结构疲劳强度的措施 (28)5.2.1降低应力集中 (29)5.2.2调整残余应力场 (29)5.2.3特殊保护措施 (29)5.3防止焊接结构产生应力腐蚀的措施 (29)5.3.1正确选材 (29)5.3.2合理的结构设计 (30)5.3.3消除和调节残余应力 (30)5.3.4控制电位—阴极和阳极保护 (30)5.3.5用镀层或涂层隔离环境 (30)5.3.6控制和改善环境 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)前言船舶产业作为未来世界经济的支柱产业之一，发展潜力非常巨大，世界船舶产业总产值逐年大幅上升。
海洋工程中的材料疲劳研究海洋，这个占据了地球表面约 71%的广阔领域，蕴藏着无尽的资源和奥秘。
随着人类对海洋探索和开发的不断深入，海洋工程逐渐成为了一个重要的领域。
从海上石油钻井平台到跨海大桥，从海底隧道到海洋可再生能源设施，海洋工程的发展为人类带来了巨大的经济和社会效益。
然而，在海洋工程的建设和运行过程中，材料疲劳问题始终是一个不可忽视的挑战。
材料疲劳是指材料在循环载荷作用下，经过一定次数的循环后，产生裂纹并逐渐扩展，最终导致材料失效的现象。
在海洋环境中，由于风浪、水流、潮汐等因素的影响，海洋工程结构所承受的载荷往往是复杂的、多变的和周期性的，这使得材料疲劳问题更加突出。
例如，海上石油钻井平台在海浪的冲击下，其支撑结构会不断地受到弯曲和扭转的作用；跨海大桥的桥梁在车辆和风力的共同作用下，其钢梁会承受反复的拉伸和压缩。
这些循环载荷的作用会导致材料内部的微观结构发生变化，逐渐产生疲劳裂纹。
海洋工程中常用的材料包括钢材、铝合金、钛合金等。
这些材料在海洋环境中会受到多种因素的影响，从而加速材料疲劳的进程。
首先，海水具有很强的腐蚀性，会对材料表面造成侵蚀和破坏，降低材料的强度和韧性。
其次，海洋中的生物附着和海洋污损也会影响材料的表面性能，增加材料的阻力和载荷。
此外，海洋中的温度变化和压力变化也会对材料的性能产生影响，使得材料更容易发生疲劳失效。
为了研究海洋工程中的材料疲劳问题，科学家们采用了多种方法和技术。
其中，实验研究是最基本和最直接的方法。
通过对材料进行拉伸、压缩、弯曲等力学实验，可以获得材料的力学性能参数，如屈服强度、抗拉强度、延伸率等。
同时，通过进行疲劳实验，可以研究材料在循环载荷作用下的疲劳寿命和疲劳裂纹扩展规律。
此外，利用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）等先进的分析测试技术，可以对疲劳后的材料进行微观结构分析，揭示材料疲劳失效的机制。
数值模拟也是研究海洋工程中材料疲劳问题的重要手段。
浅谈船体结构中疲劳裂纹的分析与控制摘要随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们的科学文化素质也在逐步提高。
科技发展的同时也促进并带动交通设施的进步。
船舶作为航海海运必不可少的交通工具之一，在人们的生活中越来越发挥出不可忽视的作用。
诚然，船舶如同所有的制造产品一样，存在着一定的使用周期，超过了这个周期，必然会产生一定的破损乃至损坏。
很多长期在海洋航行的船舶在经历风吹浪打磨蚀后都出现了疲劳裂纹，这种情况在船的上下边舱表现最为突出。
因此，为了有效延长船舶的使用寿命，正确的裂纹预防和控制措施尤为迫切，还可以为今后船舶制造的节点设计提供一些有益的参考。
关键词船体结构；疲劳裂纹；分析；控制前言根据资料分析与观察，长期在海洋航行的船舶，其上下边舱中出现各种各样的疲劳裂纹，我们需要分析其产生原因，找出正确的预防和控制方法，可以为新造船舶设计的节点提供一些有益的参考[1]。
1 裂纹出现的部位及其特征（1）裂紋的性质。
典型疲劳裂纹周围的涂装情况良好，发生腐蚀的部位没有因腐蚀而引起的减薄现象，断口的边缘整齐划一，如刀切一般。
（2）易出现疲劳裂纹的船型。
大型散货船、集装箱船双层底及上下边舱中都可能出现疲劳裂纹。
（3）易出现疲劳裂纹的区域。
大型散货船、集装箱船双层底及上下边舱在船舯0.4L区域受总纵弯曲的交变应力最大，在船舯部前后第二、第三个底压载、上下边舱等位置，及双层底污水井等区域极易发生疲劳裂纹。
（4）易发生疲劳裂纹的构件。
疲劳裂纹大多发生在外底、舷侧纵骨，上边舱反顶纵骨，及靠外侧纵桁上的构件，裂纹起始部位有两种：一是肘板及辅强材的趾端；二是流水孔、人孔、过梁孔、过焊孔等开孔边缘。
一般来讲，上述疲劳裂纹在船龄15年左右多发，有的船甚至在5年船龄后就可能出现裂纹[2]。
2 疲劳裂纹产生原因裂纹产生原因有以下几种。
（1）使用过程中的问题。
船舶在营运过程中遭遇严酷的海况、装卸货程序安排不当，造船在船舯部产生过大的应力。
船舶结构疲劳分析与寿命预测在广袤无垠的海洋上，船舶作为重要的交通工具和运输工具，承载着各种货物和人员的往来。
然而，船舶在长期的运行过程中，其结构会不断受到各种载荷的作用，如海浪、风、货物压力等，从而导致结构疲劳和损伤。
因此，对船舶结构进行疲劳分析和寿命预测，对于保障船舶的安全运行、降低维修成本、提高船舶的使用寿命具有至关重要的意义。
船舶结构疲劳是指在循环载荷的作用下，结构材料内部逐渐产生微观裂纹，并随着时间的推移，这些裂纹不断扩展和连接，最终导致结构的失效。
疲劳失效是船舶结构常见的失效形式之一，往往会在没有明显预兆的情况下突然发生，给船舶的安全带来极大的威胁。
因此，准确地分析船舶结构的疲劳特性，预测其寿命，是船舶设计和运营过程中必须要解决的关键问题。
要进行船舶结构疲劳分析，首先需要了解船舶所承受的载荷情况。
船舶在海上航行时，受到的载荷主要包括波浪载荷、风载荷、货物载荷以及船舶自身的动力载荷等。
这些载荷的大小、方向和作用时间都是随机变化的，因此需要通过大量的实测数据和理论分析来确定其统计特性。
目前，常用的波浪载荷计算方法有线性波浪理论、非线性波浪理论以及基于数值模拟的方法等。
通过这些方法，可以计算出船舶在不同海况下所受到的波浪力，并将其转化为结构所承受的应力。
在确定了载荷情况后，接下来需要对船舶结构的应力分布进行分析。
这通常需要借助有限元分析等数值方法。
有限元分析可以将船舶结构离散为大量的小单元，通过计算每个单元的应力和变形，从而得到整个结构的应力分布情况。
在进行有限元分析时，需要合理地选择单元类型、网格划分方式以及边界条件等，以确保计算结果的准确性。
同时，还需要考虑结构的几何形状、材料特性以及连接方式等因素对应力分布的影响。
得到船舶结构的应力分布后，就可以进行疲劳损伤的计算了。
疲劳损伤的计算通常采用基于应力幅的方法，如 SN 曲线法和疲劳累积损伤理论。
SN 曲线是描述材料在不同应力幅下的疲劳寿命的曲线。
船舶疲劳寿命分析及维护措施研究船舶疲劳问题一直是全球海运行业面临的一大挑战。
随着航行时长和使用年限的增加，船舶结构的疲劳寿命变得越来越重要。
疲劳寿命的理解不仅有助于保护人员的生命安全，而且还可以使船舶的寿命得到延长。
本文探讨船舶疲劳寿命的分析及维护措施研究。
一、船舶疲劳寿命分析疲劳寿命是指船舶结构在反复载荷作用下脆性失效的时间，因此，疲劳寿命的好坏可以决定船舶是否能够安全的航行。
船舶疲劳的主要原因是船舶在航行过程中受到了大量的动态载荷，而船舶的材料特性和结构特点会使其在反复载荷作用下形成微小的裂缝，引起裂缝扩展而疲劳失效。
为了保证船舶疲劳寿命的安全，需要对船舶的疲劳寿命进行分析。
船舶疲劳寿命分析的核心内容是疲劳敏感分析和疲劳损伤评估。
在疲劳敏感分析中，应用有限元法对船舶结构进行模拟分析，确定结构的疲劳应力区域和疲劳位置，进而对疲劳评估提供参考。
在疲劳损伤评估中，根据ISO 19902标准或其他相关标准，针对具体船型和船舶结构，通过船舶模拟实验、疲劳试验等手段，对疲劳损伤指数和疲劳剩余寿命进行分析。
二、船舶疲劳寿命的维护措施船舶疲劳寿命的缩短往往是由于某些非正常的因素引起的，如航行过程中的振动、冲击等。
为了保障船舶的正常使用，必须考虑采取相应的维护措施。
主要措施包括以下几个方面：1. 进行定期的检查和维护，及时发现和处理可能存在的疲劳损伤。
2. 进行合理的设计与构造，采取先进的材料和加固方法，提高船舶结构的抗疲劳能力。
3. 在船舶使用过程中，减小船舶的载荷范围和载荷频率，降低动态载荷对船舶结构的疲劳影响。
4. 采用防止疲劳的装置和措施，如振动减尽器、减震器、隔振垫等。
总之，船舶疲劳的寿命分析及维护是海运行业中非常关键的一环。
有关部门应采取一系列措施，对船舶的设计、建造和使用进行严格监管和管理，确保船舶疲劳寿命的有效保护，保障人民群众的生命财产安全。
船舶结构的疲劳寿命分析与优化设计研究1.引言船舶是人类用以在海洋中进行贸易、旅游、军事等活动的重要工具。
船舶结构的安全性和性能对船舶的可持续性发展至关重要。
船舶结构的疲劳寿命分析与优化设计是确保船舶结构安全、可靠和经济的重要步骤。
2.疲劳寿命分析2.1 疲劳导致的失效船舶在长时间的航行中会受到波浪、载荷等环境因素的作用，结构会经历重复的载荷循环，导致疲劳失效。
这种失效是潜在的、隐蔽的，并且具有突然性。
2.2 疲劳寿命分析方法疲劳寿命分析方法主要包括基于统计学方法和基于应力分析方法。
基于统计学方法主要是根据实验数据和统计模型来预测结构的疲劳寿命，而基于应力分析方法则是通过应力分析来确定结构的应力历程，从而推断结构的疲劳寿命。
2.3 疲劳寿命评估标准国际上普遍使用的标准是根据规定的载荷和振动频率，通过疲劳试验或计算预测结构的疲劳寿命。
这些标准包括DNV、GL、ABS等。
3.疲劳寿命优化设计3.1 材料选用材料的选用对于船舶结构的疲劳寿命具有重要影响。
高强度材料能够提高结构的载荷承载能力，延长疲劳寿命。
船舶在选择材料时，需要考虑材料的强度、韧性、疲劳性能等因素。
3.2 结构布置结构的布置对于疲劳寿命具有重要影响。
合理的结构布置能够减小结构的应力集中，降低疲劳裂纹的发生，延长疲劳寿命。
3.3 疲劳损伤修复船舶在运营中可能会发生疲劳损伤，及时的修复和保养对于延长结构的疲劳寿命具有重要意义。
修复主要包括补焊、增强或更换受损部位等方式。
4.疲劳寿命研究进展4.1 数值仿真研究数值仿真是研究船舶结构疲劳寿命的重要手段。
通过建立结构的有限元模型，模拟结构在不同环境载荷下的应力响应，预测结构的疲劳寿命。
数值仿真技术的不断发展使得研究人员能够更加准确地分析船舶结构的疲劳寿命。
4.2 材料性能研究材料的性能对于疲劳寿命具有重要影响。
研究人员通过改善材料的强度、韧性、抗疲劳性等性能来延长结构的疲劳寿命。
材料的研究不断推动船舶结构疲劳寿命的提升。
船舶结构的疲劳寿命预测研究在船舶的设计和运营中，船舶结构的疲劳寿命是一个至关重要的问题。
疲劳失效可能导致船舶结构的损坏，甚至危及船舶的安全和正常运营。
因此，准确预测船舶结构的疲劳寿命对于船舶的设计、建造和维护具有重要意义。
船舶在航行过程中，会受到各种复杂的载荷作用，如波浪载荷、风载荷、货物载荷等。
这些载荷的长期作用会导致船舶结构材料内部产生微小的裂纹，并逐渐扩展，最终可能导致结构的疲劳破坏。
为了避免这种情况的发生，需要对船舶结构的疲劳寿命进行准确的预测。
目前，用于船舶结构疲劳寿命预测的方法主要有基于 SN 曲线的方法和基于断裂力学的方法。
基于 SN 曲线的方法是一种传统的疲劳寿命预测方法，它通过对大量试验数据的统计分析，得到材料或结构在不同应力水平下的疲劳寿命曲线（SN 曲线）。
然后，根据船舶结构所承受的应力历程和 SN 曲线，计算结构的疲劳损伤和寿命。
这种方法简单直观，但对于复杂的载荷情况和结构细节，其预测精度可能受到一定的限制。
基于断裂力学的方法则是从微观角度出发，考虑裂纹的萌生、扩展和断裂过程。
通过建立裂纹扩展模型，结合材料的断裂韧性等参数，预测裂纹扩展到临界尺寸所需的时间，从而得到结构的疲劳寿命。
这种方法对于含初始缺陷的结构和高应力集中区域的疲劳寿命预测具有较高的精度，但计算过程相对复杂，需要对断裂力学有深入的了解。
在实际的船舶结构疲劳寿命预测中，通常需要综合运用这两种方法。
对于一般的结构部位，可以采用基于 SN 曲线的方法进行初步预测；对于关键部位和存在初始缺陷的部位，则需要采用基于断裂力学的方法进行更精确的分析。
船舶结构的疲劳寿命预测还受到许多因素的影响。
首先是材料的性能，包括强度、韧性、疲劳性能等。
不同的材料在相同的载荷条件下，其疲劳寿命可能会有很大的差异。
因此，在进行疲劳寿命预测时，需要准确掌握材料的性能参数。
其次是结构的几何形状和尺寸。
结构的几何不连续、焊缝形状和尺寸等都会导致应力集中，从而影响疲劳寿命。
船舶结构的疲劳分析与优化在广阔无垠的海洋上，船舶作为重要的交通工具和运输工具，承担着各种重要的任务。
然而，在长期的使用过程中，船舶结构会面临疲劳问题，这可能会影响船舶的安全性和可靠性。
因此，对船舶结构的疲劳分析与优化显得尤为重要。
船舶在航行过程中，会受到多种复杂的载荷作用，如波浪力、风载荷、货物载荷等。
这些载荷的反复作用会导致船舶结构内部产生微小的裂纹，并逐渐扩展，最终可能导致结构的破坏。
船舶结构的疲劳破坏往往是在没有明显预兆的情况下发生的，一旦发生，后果不堪设想。
因此，为了确保船舶的安全运行，必须对船舶结构进行疲劳分析。
疲劳分析的第一步是对船舶所承受的载荷进行准确的评估。
这需要考虑船舶的航行环境、运营模式、货物装载情况等多种因素。
通过使用先进的数值模拟技术和实验方法，可以获取船舶在不同工况下所受到的载荷数据。
然后，根据这些数据，可以建立船舶结构的有限元模型。
有限元模型是一种有效的工具，可以将复杂的船舶结构离散为多个小的单元，并通过数学方程来描述每个单元的力学行为。
在建立有限元模型时，需要准确地定义材料的属性、边界条件和连接方式等。
通过对有限元模型进行计算，可以得到船舶结构在载荷作用下的应力分布和变形情况。
根据有限元分析的结果，可以确定船舶结构中的应力集中部位和潜在的疲劳危险区域。
这些区域往往是疲劳裂纹容易产生和扩展的地方。
为了评估这些区域的疲劳寿命，需要使用疲劳寿命预测方法。
目前，常用的疲劳寿命预测方法有基于应力的方法、基于应变的方法和基于损伤力学的方法等。
这些方法都有其优缺点和适用范围，需要根据具体情况选择合适的方法。
在进行疲劳寿命预测时，还需要考虑材料的疲劳性能参数，如疲劳极限、疲劳强度系数和疲劳指数等。
通过疲劳分析，可以了解船舶结构的疲劳性能，并发现潜在的问题。
然而，仅仅进行疲劳分析是不够的，还需要对船舶结构进行优化，以提高其疲劳性能。
船舶结构的优化可以从多个方面入手。
首先，可以通过改变结构的几何形状来降低应力集中。
船舶与海洋工程结构的疲劳及断裂分析研究现状与展望摘要：由船海工程的发展趋势，进而引出疲劳裂纹分析在船海工程中；简述了疲劳分析以及断裂力学的研究现状以及存在的一些问题，浅谈对将来发展趋势的一些看法；然后过渡到当前的研究方法，即主要为数值计算方法；对当前数值计算的具体方法进行了概括，并浅谈发展趋势；列举了两个具体例子，即断裂力学原理在疲劳分析中的应用。
关键词：船舶与海洋工程；疲劳分析；断裂力学；数值计算1. 引言海洋产业作为未来世界经济的支柱产业之一，发展潜力非常巨大，世界海洋产业总产值逐年大幅上升。
其中，随着能源问题的日益突出，海洋油气开发将是海洋工程最主要的应用领域。
并且，在发展船舶与海洋工程的同时，由于其技术关联度大，技术含量高，可带动相关行业的科技进步和产业发展。
因此，船海工程有相当广阔的发展前景。
当前，船舶与海洋工程发展趋势主要表现在以下方面。
其一，船舶发展趋势是大型化、高速化。
技术性能的不断提升促进了船舶运载能力和航速的大幅提高，由此船舶经济性、安全性、环保性明显提高。
其二，设计方法不断进步，现代造船模式取代传统造船模式，建造技术装备也在不断发展。
其三，海洋工程装备深水化。
国外从事海洋工程开发已有一百多年的历史，积累了丰富的经验。
发达国家研究的一些深海探测器可达水深已超过万米。
船海工程蓬勃发展，船海结构物发生事故的几率也大大增加。
大型远洋船舶发生海损事故已是屡见不鲜。
海洋环境复杂多变，海浪、大风、潮流、冰雪、海水腐蚀、地震、微生物、碰撞事故等，都会对海洋平台等结构物造成极大的破坏。
更重要的是，船海工程结构物主要采用焊接工艺，由于焊接工艺的特点，焊缝本身不可避免地存在各种缺陷。
在各种交变载荷的作用下，这些应力集中区更有可能发生疲劳破坏，造成灾难性的事故。
因此，疲劳断裂分析的理论及应用领域和形式的发展就显得非常关键。
2. 疲劳分析发展现状2.1 基本概念载荷值随时间作周期性或非周期性变化的载荷成为交变载荷，由于载荷的变化使试件或构件的材料内产生随时间变化的交变应力与交变应变。
经足够的应力或应变循环作用后，损伤累计可使试件或结构材料产生裂纹，直至疲劳破坏。
试件抵抗疲劳失效的能力成为材料的疲劳强度；结构抵抗疲劳失效的能力成为结构的疲劳强度。
疲劳失效有以下特征：疲劳破坏是一个累积损伤的过程，其失效过程都经历裂纹萌生、扩展和瞬时断裂三个阶段。
不论构件是脆性材料还是塑性材料，疲劳破坏在宏观上常表现为无明显塑性变形的突然断裂，断口为脆性断口。
疲劳断口可以看到明显的裂纹源、裂纹扩展区（光滑断面）和瞬时断裂区（粗糙断面）。
在工程中应用的疲劳分析方法可以分为三大类：S-N曲线法、断裂力学方法以及可靠性分析方法。
2.2 S-N曲线法、断裂力学方法经典的疲劳分析方法基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤准则，用循环应力范围或塑性应变范围或总应变范围来描述疲劳破坏寿命。
与S-N曲线法不同，疲劳分析的断裂力学方法以“损伤容限”原理作为设计基础。
这个基本前提是认为损伤为一切工程构件所固有。
疲劳寿命则定义为主裂纹从原始尺寸扩展到某一临界尺寸所需的疲劳循环次数或时间。
采用断裂力学方法时，需要应用断裂力学的裂纹扩展经验规律。
自从具有里程碑意义的PARIS公式提出之后，基于裂纹扩展规律的疲劳分析理论得到了长足的发展。
这两种方法各有优缺点。
S-N曲线法可以避免裂纹尖端复杂应力场的分析，断裂力学方法则可更好的反映尺度效应以及可以对一个已有的裂纹提供一个更精确的剩余寿命估算方法。
S-N曲线法和断裂力学方法在工程中得到了广泛的应用，成为两种相互补充的基本方法。
2.3 可靠性分析方法以上这两种方法都是在确定意义上使用的，在分析过程中，有关的参量的都认为是有确定数值。
而实际上，工程中涉及到疲劳的有关因素都是随机的。
比如，载荷、材料的随机性等。
为此，可靠性方法开始被用来进行寿命评估。
在该理论中，影响结构疲劳寿命的不确定因素都用随机变量或者随机过程来描述。
一个结构的的疲劳寿命合格与否，用服役期内不发生疲劳破坏的概率来衡量。
对于受大量不确定因素影响的工程结构的疲劳问题，用结构疲劳可靠性理论来加以研究是非常适当的。
虽然疲劳可靠性方法从理论上是最完善的，可以更合理的描述实际结构中的各种不确定因素，等价符合客观事实。
但在工程实践中，由于缺乏充分的统计数据资料，使得可靠性分析中最关键的概率模型的建立也存在很大的分散性，这成为阻碍可靠性分析在工程实际中推广的重要原因。
因而目前常用的海洋工程疲劳强度分析还是主要采用操作起来简单的S-N 曲线法，并结合断裂力学方法。
3. 断裂力学的研究现状及发展3.1 断裂力学的产生长期以来，工程上对结构或构件的计算方法，是以结构力学和材料力学为基础的。
通常都假定材料是均匀的连续体，没有考虑客观存在的裂纹和缺陷，计算时只要工作应力不超过许用应力，就认为结构是安全的，反之就是不安全的。
安全系数并未考虑到其他失效形式的可能性，例如脆性断裂或快速断裂。
普遍认为，选用较高的安全系数就能避免这种低应力断裂。
然而，实践证明材料存在缺陷或裂纹的结构或构件，在应力值远低于设计应力的情况下就会发生全面失效。
人们逐渐意识到，对含有裂纹的物体必须作进一步的研究。
断裂力学就是在这个基础上产生的。
断裂力学从宏观的连续介质力学角度出发，研究含缺陷或者裂纹的物体在外界条件作用下宏观裂纹的扩展、失稳开裂、传播和止裂规律。
断裂力学的研究方法是：从弹性力学方程或弹塑性力学方程出发，把裂纹作为一种边界条件，考察裂纹顶端的应力场、应变场和位移场，设法建立这些场与控制断裂的物理参量的关系和裂纹尖端附近的局部断裂条件。
经典断裂力学的三个主要分支是：线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学。
3.2 线弹性断裂力学Griffith通过研究，提出裂纹扩展的能量准则。
能量理论将裂纹失稳扩展的临界条件表示为G I=G Ic（G I微应变能释放率），即脆性断裂的G准则。
G Ic是材料常数，表征材料对裂纹扩展的抵抗能力，由试验确定。
G ．R ．Irwin 用弹性力学理论分析了裂纹尖端应力应变场后提出了三种类型裂纹（张开型、滑移型、撕裂型）尖端的应力场与位移场公式。
公式中定义了一个包含一个应力强度因子K ，对应三种裂纹分别为K Ⅰ、K Ⅱ、K Ⅲ。
在线弹性断裂力学中，它是很重要的力学量，用来判断裂纹是否将进入失稳状态的一个指标。
以应力强度因子表示的裂纹失稳扩展临界条件为：K=K IC ,称为K 准则。
K IC 为裂纹临界状态下的应力强度因子，称为断裂韧度，也表示材料对于断裂的抵抗能力。
在弹性条件下，EK G IC IC2=，因此对于线弹性断裂力学问题，采用G 准则和K 准则是等效的。
3.3 弹塑性断裂力学由于裂纹尖端应力高度集中，在裂纹尖端附近必然首先屈服形成塑性区域。
对于中、低强度钢的中小型结构件，薄壁结构，焊接结构的拐角和压力容器的接管处，在裂纹尖端附近，发生大范围屈服或全面屈服。
这时，线弹性断裂力学的结论不再适用。
由此研究大范围屈服断裂已成为发展弹塑性断裂力学的迫切任务。
Wells 在大量实验的基础上，提出了弹塑性条件的断裂准则，COD 准则：当裂纹尖端张开位移δ达到临界值C δ时，裂纹将开裂，即δ=C δ时，裂纹开裂。
COD 即裂纹受载后，在原裂纹尖端垂直裂纹方向上所产生的位移（Crack Opening Displacement ）。
C δ是材料弹塑性断裂韧性指标，为材料参数。
1968年，Rice 提出了J 积分理论。
以J 积分为常数并建立断裂准则。
J 积分是围绕裂纹尖端作闭合曲线的积分。
J 积分与裂纹扩展力G I 的物理意义相同，进而建立J 准则：当围绕裂纹尖端的J 积分达到临界值J C 时，即J=J C 时，裂纹开始扩展。
COD 准则应用到焊接结构和压力容器的断裂安全分析上非常有效，而且应用时比较简单，因而工程上应用较为普遍。
J 积分准则理论根据严格，定义明确，但在计算和实验上比较复杂。
弹塑性断裂力学的重要成就是HRR 解。
硬化材料I 型裂纹尖端应力应变场的弹塑性分析是由Hutchinson ，Rice ，Rosengren 解决的。
它建立了塑性应力强度因子与J积分的定量关系，表明J积分可以作为描述硬化材料中裂纹尖端应力应变场强度的参量。
HRR理论是J积分作为断裂力学判据的理论基础。
3.4断裂动力学70年代，Sih与Loeber导出了外载随时间变化而裂纹是稳定情况的渐进应力场与位移场。
Rice等多人先后导出了裂纹以等速传播情况的渐进应力场与位移场，并提出了裂纹稳定而外载随时间迅速变化情况下的裂纹开裂准则。
3.5断裂力学理论存在的一些问题及展望经典断裂力学是建立在奇异性基础上的，即均基于裂纹顶端应力与应变为无限大的模式展开的。
奇异性理论一直延续至今。
但是奇异性断裂力学在物理上存在本质的缺陷。
实际发现的裂纹，裂纹顶端曲率半径为有限值，裂纹顶端的应力应变也为有限值。
这样，基于数学尖端裂纹和应力奇异性的物理量缺乏坚实的物理基础。
为了完善理论，可采用比较符合实际的半圆形顶端的钝裂纹，而这又需要金相断裂力学的发展。
由于断裂力学能对材料和结构的安全性进行预测与估算，因而愈来愈受到重视。
目前，线弹性断裂力学发展较为成熟，在工程实际中已经得到应用。
弹塑性断裂力学虽然取得了一些进展，但仍有许多尚待深入研究的问题，它是当前断裂力学主要研究方向之一。
断裂动力学，对于线性材料还有待完善，对于非线性材料，尚处于研究初期，也是断裂力学的主要研究方向。
4. 当前的研究方法在疲劳断裂分析的研究中，最主要的三大研究方法就是：理论、试验和数值计算。
但是，只有极少数简单、特殊的断裂力学问题存在解析解，而试验方法操作起来比较麻烦，而且经济性不佳，因此绝大多数工程问题都借助数值计算的方法来进行研究。
随着研究的日益深入，需要求解的问题日趋复杂化和多样化。
使得如何建立高效、高精度的计算方法成为学者们研究的热点。
由于计算机科学、计算数学和力学等学科的不断发展，用于解决疲劳断裂问题的数值计算方法不断涌现，它们正成为推动疲劳分析和断裂力学发展的有力工具。
4.1 有限元法普遍认为，有限元法的出现是计算力学诞生的标志。
有限元法是建立在传统的Ritz法的基础上，利用变分原理导出代数方程组求解。
它将连续介质离散成有限个单元来进行数值计算。
有限元法实现了统一的计算模型、离散方法、数值求解和程序化设计方法，从而能广泛地适应求解复杂结构的力学问题。
有限元法从诞生至今得到了迅猛的发展，成为用于结构和固体力学问题的首选方法。
当前断裂力学用有限元法取得了极大的研究进展。
比如，采用自适应有限元法确定裂纹尖端的塑性区，在有限元法的基础上建立随机分析，用于动态问题的空-时有限元法等等。
