《船舶与海洋工程结构疲劳强度》本科生课程知识体系构建研究.doc

《船舶与海洋工程结构疲劳强度》本科生课程知识体系构建研究.doc1 《船舶与海洋工程结构疲劳强度》本科生课程知识体系构建研究摘要:船舶与海洋工程结构的疲劳断裂问题一直是船海工程领域所关注的主要课题,也是船舶与海洋工程结构强度校核的重要内容之一。本文通过对船舶与海洋工程结构疲劳分析的范畴及船舶结构疲劳分析的工程应用的讨论, 构建了《船舶与海洋工程结构疲劳强度》本科生课程知识体系。关键词:疲劳强度; 本科生课程; 船舶与海洋工程; 知识体系中图分类号: 文献标志码:A 文章编号: 1674-9324 ( 2015 ) 21-0263-02 疲劳破坏是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一。目前,船舶结构的疲劳强度的校核已经成为油轮、散货船等必须要进行的强度校核内容。为了能更好地完成结构的设计和强度校核, 船舶与海洋工程研究和设计人员, 必须掌握相关的疲劳分析的基本理论知识及船舶与海洋结构物的疲劳特性及相应计算分析方法。本文尝试从船舶与海洋结构疲劳分析的理论、船舶与海洋结构疲劳分析的工程应用出发,对《船舶与海洋工程结构疲劳强度》本科生课程知识体系构建进行探究, 从而为船舶与海洋结构疲劳分析教学和学****提供参考。一、船舶与海洋工程结构疲劳分析的范畴为构建合理的船舶与海洋工程结构疲劳强度本科生课程知识体系,首 2 先需要在总体上明确船舶与海洋工程结构疲劳分析的宏观范畴。而船舶与海洋工程结构疲劳分析的范畴必然远远大于本科生课程知识的范畴。当对整体的船舶与海洋工程结构疲劳分析有了明确的概念后, 才能根据本科生的特点, 构建相应的知识体系。结构疲劳破坏过程一般可划分为三个阶段: 裂纹的萌生阶段、裂纹的稳定扩展阶段以及最后的断裂阶段。目前的疲劳分析方法大都是建立在宏观分析的层次上的。在这个层次上, 疲劳分析方法主要可以分成两类: 一是基于 S-N 曲线和 Miner 线性累积损伤准则的疲劳累积损伤方法(即通常所称的 S-N 曲线方法) ,二是基于裂纹扩展法则的断裂力学方法(即通常所称的断裂力学方法)。 S-N 曲线方法的基础是 S-N 曲线及累积损伤理论, S-N 曲线表示了构件的寿命与所受的各级应力范围水平之间的关系, 对于多级应力范围水平连续作用时, 一般按照线性累积损伤理论进行疲劳累积损伤的计算。这种受应力范围水平控制的疲劳一般称为应力疲劳,然而,工程上也有许多构件,在其整个服役期间内, 构件所经历的循环载荷次数并不多, 但载荷水平却较高( 超过屈服应力), 寿命短, 这种疲劳问题, 通常称为应变疲劳或低周疲劳。断裂力学假设在材料和结构中存在裂纹, 又分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学, 应力强度因子K和J 积分等断裂参数可用于描述裂纹尖端附近的应力和应变特性。线弹性力学从应力强度因子和能量释放率两方面描述含裂纹体的力学行为, 所提出的断裂准则实际上是传统强度理论的补充和革新。线弹性断裂力学进一步还扩充到了预测含裂纹体在交变载荷下的疲劳裂纹扩展行为, 从而可以完成对结构从初始裂纹扩展到临界裂纹尺寸时的疲劳寿命的计算。弹塑性断裂力学要考虑材料非线性效应, 主要的理论有裂纹张开位 3 移( COD )理论和 J 积分理论等。通过上面的分析可知,宏观上的疲劳分析方法主要有 S-N 曲线方法和断裂力学方法两个大的方面, 以上两种方法又各自具有不同的体系和理论脉络。船舶与海洋工程结构疲劳分析本科生课程体系应该在这两种理论体系