何文濤，劉敬喜，2，解 德，2

（1.華中科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，武漢 430074；2.船舶和海洋水動(dòng)力湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074）

船體縱骨典型節(jié)點(diǎn)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)估

何文濤1，劉敬喜1，2，解 德1，2

（1.華中科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，武漢 430074；2.船舶和海洋水動(dòng)力湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074）

基于有限元軟件ABAQUS，結(jié)合虛擬裂紋閉合法、裂紋擴(kuò)展判據(jù)及子結(jié)構(gòu)技術(shù)，應(yīng)用腳本語(yǔ)言Python開(kāi)發(fā)出模擬疲勞裂紋擴(kuò)展的程序（FCG-System）。對(duì)含初始裂紋的油船縱骨典型節(jié)點(diǎn)在側(cè)面壓力作用下進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬，并探討了軟趾、背肘板及防傾肘板對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展路徑和壽命的影響。結(jié)果表明，增設(shè)軟趾、背肘板或防傾肘板都會(huì)使裂紋擴(kuò)展路徑曲率增大，且軟趾、防傾肘板可使裂紋擴(kuò)展壽命增大，背肘板可使裂紋擴(kuò)展壽命減小。

裂紋擴(kuò)展路徑；裂紋擴(kuò)展壽命；虛擬裂紋閉合法；子結(jié)構(gòu)技術(shù)；FCG-System；

0 引 言

隨著船舶大型化及高強(qiáng)度鋼在船體結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的評(píng)估顯得尤為重要。日本船級(jí)社[1]對(duì)上世紀(jì)八十年代中期采用大量高強(qiáng)度鋼建造并入該船級(jí)社的第二代VLCC進(jìn)行了資料收集。這些資料表明，76條船舶中的65條有不同程度的破損，其中縱骨與強(qiáng)框架或橫艙壁交界處的疲勞損傷情況尤為嚴(yán)重，約占全部損傷統(tǒng)計(jì)的70%。

目前，各船級(jí)社的疲勞強(qiáng)度校核主要是基于S-N曲線的累積損傷方法[2-4]，而針對(duì)船體結(jié)構(gòu)中疲勞裂紋擴(kuò)展路徑、擴(kuò)展速率以及擴(kuò)展壽命的研究較少[5-6]。Okawa[7]開(kāi)發(fā)了數(shù)值模擬程序?qū)Υw縱骨焊趾處疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行研究，在模擬過(guò)程中將穿透型裂紋看作為二維平面問(wèn)題。法國(guó)一個(gè)公司[8]采用線彈簧法計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子，進(jìn)而對(duì)疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估，并開(kāi)發(fā)了軟件SAPHIRS。然而，該方法需預(yù)先知道裂紋擴(kuò)展路徑。Jang[9]通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)存的公式，提出了若干預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展的公式。王麗麗[5]對(duì)FPSO縱骨處肘板上兩裂紋擴(kuò)展路徑及擴(kuò)展速率進(jìn)行研究，采用等效應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算裂紋擴(kuò)展壽命，然而裂紋僅分布在肘板平面內(nèi)。

本文作者已通過(guò)面向?qū)ο蟮某绦蛘Z(yǔ)言Python及ABAQUS腳本接口開(kāi)發(fā)了疲勞裂紋擴(kuò)展程序（FCG-System），能夠模擬復(fù)雜加載下混合模式的裂紋擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展壽命[10]。本文主要對(duì)含初始裂紋的油船縱骨典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬，并探討了軟趾、背肘板及防傾肘板對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展路徑和壽命的影響。

1 基本原理

圖1為該疲勞裂紋擴(kuò)展程序的流程圖?，F(xiàn)將該程序的主要執(zhí)行步驟總結(jié)如下：

（1）前處理：建立模型、邊界條件、定義初始裂紋和網(wǎng)格劃分，為后面有限元計(jì)算和參數(shù)求解做準(zhǔn)備。為了模擬大型海洋結(jié)構(gòu)物疲勞裂紋擴(kuò)展，將裂紋擴(kuò)展區(qū)以外其他區(qū)域采用子結(jié)構(gòu)技術(shù)建模。

（2）有限元分析：建立有限元模型并提交給Abaqus/standard進(jìn)行有限元分析，輸出計(jì)算結(jié)果。

（3）應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算：從.odb文件中提取裂紋尖端的節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)位移，并結(jié)合虛擬裂紋閉合法計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子；

（4）裂紋路徑預(yù)測(cè)：通過(guò)最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展；

（5）裂紋擴(kuò)展計(jì)算：通過(guò)裂紋擴(kuò)展速率公式計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展量；

圖1 FCG-System流程圖Fig.1 Flow chart of FCG-System

（6）下一步模擬：返回（1），更新裂紋的幾何形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為下一步循環(huán)中網(wǎng)格重新劃分做準(zhǔn)備。

（7）后處理：將上述計(jì)算結(jié)果輸出到外部文件，如有必要還可以調(diào)用模塊畫(huà)出圖表。

圖2 裂紋擴(kuò)展區(qū)網(wǎng)格劃分Fig.2 Mesh pattern of crack growth domain

圖3 裂紋擴(kuò)展方向及裂紋尖端區(qū)域網(wǎng)格劃分Fig.3 Crack growth direction and rosette meshes of the crack tip

1.1 自動(dòng)網(wǎng)格劃分

在有限元建模時(shí)，將結(jié)構(gòu)分為全局模型和局部模型，其中局部模型為裂紋擴(kuò)展區(qū)，全局模型為除裂紋擴(kuò)展區(qū)以外的其他區(qū)域，通常采用子結(jié)構(gòu)技術(shù)建模。在擴(kuò)展過(guò)程中，僅對(duì)裂紋擴(kuò)展區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格重新劃分，而全局模型僅在第一個(gè)分析步中劃分網(wǎng)格。此外，裂紋擴(kuò)展區(qū)又分為裂紋尖端區(qū)域和裂紋尖端周?chē)鷧^(qū)域，如圖2所示。在網(wǎng)格劃分時(shí)采用非均勻的網(wǎng)格密度，其中裂紋尖端區(qū)域采用密網(wǎng)格，而粗網(wǎng)格涵蓋其余的子域。采用這種劃分方式，可以達(dá)到計(jì)算效率和計(jì)算精度之間的平衡。

值得注意的是，本文采用虛擬裂紋閉合法計(jì)算裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，所以無(wú)需奇異的裂紋尖端單元，整個(gè)裂紋擴(kuò)展區(qū)都采用ABAQUS標(biāo)準(zhǔn)三角形單元。

1.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算

對(duì)于船舶及海洋結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō)，全部使用三維實(shí)體單元代價(jià)太大，因此常用殼體單元代替塊體單元。Wang和Raju[11]提出了一些公式，用來(lái)研究加強(qiáng)筋和蒙皮的分離，但是這種公式只適用于面狀裂紋界面分離的情況，對(duì)于船體結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的線狀裂紋不適用。為此，本文采用適用于線狀裂紋的虛擬裂紋閉合法公式[10]。對(duì)于混合型加載，能量釋放率GⅠ、GⅡ和GⅢ能夠通過(guò)裂紋尖端的節(jié)點(diǎn)1的節(jié)點(diǎn)力和尖端后節(jié)點(diǎn)3、4的張開(kāi)位移計(jì)算得到，如圖3所示。因此，各能量釋放率分量在局部坐標(biāo)系下可表示為：

在混合加載模式下，為了考慮斷裂模式Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的共同作用需引入一個(gè)等效應(yīng)力強(qiáng)度因子Keff：

1.3 裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則及裂紋擴(kuò)展角

對(duì)于各向彈性材料，最常用的擴(kuò)展準(zhǔn)則為最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則，其基本假設(shè)為：（1）裂紋向周向應(yīng)力最大的方向擴(kuò)展；（2）當(dāng)此方向的周向應(yīng)力大于臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。

裂紋尖端周向應(yīng)力的表達(dá)式[12]為：

式中：r和θ為裂紋尖端的極距和角度。裂紋擴(kuò)展角θ0可由（4）式對(duì)θ一階偏導(dǎo)求得：

因此，可得裂紋擴(kuò)展角θ0：

1.4 裂紋擴(kuò)展率公式

在Paris公式的基礎(chǔ)上，考慮應(yīng)力比、應(yīng)力強(qiáng)度因子門(mén)檻值的影響，得出了很多種修正公式，本文采用如下的裂紋擴(kuò)展公式[7]：

其中：R為應(yīng)力比。因此，裂紋增長(zhǎng)量可表示為：

2 驗(yàn)證例題

如圖4所示，以含裂紋的三維板結(jié)構(gòu)為例研究裂紋擴(kuò)展問(wèn)題。此結(jié)構(gòu)的兩個(gè)平面各含有一個(gè)裂紋尖端，在單軸拉伸載荷作用下兩條裂紋同時(shí)擴(kuò)展。此結(jié)構(gòu)在有限元計(jì)算中分為兩部分：一部分為裂紋擴(kuò)展區(qū)，此區(qū)域含有裂紋及裂紋擴(kuò)展區(qū)域；另一部分為子結(jié)構(gòu)區(qū)，即除裂紋擴(kuò)展區(qū)以外的其他區(qū)域。裂紋擴(kuò)展區(qū)與子結(jié)構(gòu)區(qū)之間通過(guò)子結(jié)構(gòu)技術(shù)中的保留節(jié)點(diǎn)相連接。該結(jié)構(gòu)的有限元模型如圖5所示，整個(gè)模型均采用殼體單元。

圖4 含裂紋的三維板結(jié)構(gòu)（單位：mm）Fig.4 A cracked three-dimensional panel structure (unit:mm)

圖5 有限元模型：（a）子結(jié)構(gòu)區(qū)；（b）裂紋擴(kuò)展區(qū)Fig.5 Finite element model:(a)Substructure domain;(b)Crack growth domain

圖6給出了采用本文程序計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展量變化的曲線。此曲線與參考文獻(xiàn)[7]中計(jì)算結(jié)果吻合得很好。

3 典型節(jié)點(diǎn)疲勞裂紋擴(kuò)展分析

油船船體由于受到波浪誘導(dǎo)載荷引起的船體總縱彎曲、波浪載荷引起的動(dòng)壓力以及艙內(nèi)液艙和壓載水的慣性力作用，使得縱骨與橫框架及橫艙壁的焊接處易于產(chǎn)生疲勞裂紋并沿縱骨的面板或腹板擴(kuò)展。本部分采用開(kāi)發(fā)的疲勞裂紋擴(kuò)展程序?qū)v骨與橫艙壁連接節(jié)點(diǎn)在側(cè)面壓力作用下進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展及壽命分析，探討軟趾、含背肘板的扶強(qiáng)材、防傾肘板的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)疲勞裂紋的影響。縱骨與橫艙壁的連接處的局部模型如圖7所示。此部分采用子結(jié)構(gòu)建模，橫向間距為800 mm，縱向間距為4 400 mm。模型的材料參數(shù)及裂紋擴(kuò)展模型參數(shù)列于表1。

圖6 應(yīng)力強(qiáng)度因子比較Fig.6 Comparison of stress intensity factors

圖7 縱骨結(jié)構(gòu)及裂紋擴(kuò)展區(qū)Fig.7 The longitudinal structure and its crack growth domain

表1 計(jì)算模型的材料屬性（單位：應(yīng)力/MPa，長(zhǎng)度/m）Tab.1 Material properties of the analysis model(unit:stress/MPa,length/m)

根據(jù)縱骨與橫艙壁連接形式的不同，本文對(duì)四種常用的含扶強(qiáng)材或防傾肘板的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展分析，研究不同的加強(qiáng)方式及軟趾設(shè)置對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑及擴(kuò)展壽命的影響。表2對(duì)所涉及的四種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，各種結(jié)構(gòu)形式示意圖[7]如圖8所示。

表2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式描述Tab.2 Description of connection details

圖8 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式（單位：mm）Fig.8 Details of connection

3.1 裂紋擴(kuò)展過(guò)程描述

圖9給出了裂紋的擴(kuò)展過(guò)程。在整個(gè)裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，裂紋被認(rèn)為是穿透性裂紋，模型采用殼體單元。在裂紋時(shí)，一旦有裂紋擴(kuò)展至板邊致其斷裂，其余板中的裂紋尖端需重新定義，而裂紋擴(kuò)展區(qū)之外的其他區(qū)域不需要重新定義。也就是說(shuō)，在整個(gè)裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，僅對(duì)裂紋擴(kuò)展區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格重劃分，而子結(jié)構(gòu)區(qū)僅在裂紋擴(kuò)展分析的第一步中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。裂紋起源于面板與扶強(qiáng)材相交處，且含有三個(gè)裂紋尖端。假設(shè)初始裂紋長(zhǎng)度為：面板A，20 mm；面板B，10 mm；腹板，10 mm（如圖9（a））。該裂紋在面板與腹板中同時(shí)擴(kuò)展，直至擴(kuò)展至縱骨與橫艙壁的交線或縱骨與內(nèi)底板的交線處。這類(lèi)裂紋的擴(kuò)展過(guò)程分為三個(gè)階段：

（1）在開(kāi)始時(shí)，裂紋在腹板與面板中同時(shí)擴(kuò)展，此時(shí)具有三個(gè)裂紋尖端（如圖9（b））。

（2）面板A斷裂后，裂紋繼續(xù)在面板B與腹板中擴(kuò)展，此時(shí)裂紋具有兩個(gè)裂紋尖端（如圖9（c））。

（3）面板B斷裂后，裂紋繼續(xù)在腹板中擴(kuò)展，直至達(dá)到縱骨與底板的交線處。此時(shí)裂紋僅含有一個(gè)裂紋尖端（如圖9（d））。

圖9 有限元模型及裂紋擴(kuò)展過(guò)程Fig.9 The finite element model and its crack growth process

圖10 面板裂紋擴(kuò)展路徑Fig.10 Crack growth paths in flange

圖11 腹板裂紋擴(kuò)展路徑Fig.11 Crack growth paths in web-plate

3.2 裂紋擴(kuò)展路徑預(yù)測(cè)

各種形式典型節(jié)點(diǎn)的裂紋擴(kuò)展路徑如圖10和11所示，坐標(biāo)原點(diǎn)為中間縱骨、底板與橫艙壁的連接處。由此可見(jiàn)，無(wú)論是何種形式的節(jié)點(diǎn)，面板中的裂紋都基本沿直線擴(kuò)展。而在腹板中可明顯看出不同形式典型節(jié)點(diǎn)對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑的影響：節(jié)點(diǎn)A中裂紋轉(zhuǎn)折最小，節(jié)點(diǎn)B、C次之，節(jié)點(diǎn)D最大。結(jié)果表明，軟趾、防傾肘板及背肘板對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑有較大的影響。增設(shè)軟趾、背肘板或設(shè)置防傾肘板都會(huì)使裂紋擴(kuò)展路徑曲率增大，且向縱骨及橫艙壁的連接處擴(kuò)展。此外，還可以看出，面板A斷裂后，裂紋路徑發(fā)生偏折，其中節(jié)點(diǎn)D最為明顯。

3.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子分析

圖12、13分別給出了各種形式典型節(jié)點(diǎn)中面板和腹板的應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的變化曲線?？擅黠@看出，在相同裂紋長(zhǎng)度處節(jié)點(diǎn)A中應(yīng)力強(qiáng)度因子最大，節(jié)點(diǎn)D次之，節(jié)點(diǎn)B、C最小且相差不大。結(jié)果表明，軟趾、防傾肘板及背肘板對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子有較大的影響。由節(jié)點(diǎn)A和B可以看出，軟趾可使裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子減??；由節(jié)點(diǎn)C和D可以看出，背肘板可使裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子增加；由節(jié)點(diǎn)A和C可以看出，防傾肘板可使裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子減小。

圖12 面板應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化 （a）面板A；（b）面板BFig.12 Variation of stress intensity factors in flange(a)Side-A;(b)Side-B

圖13 腹板應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化Fig.13 Variation of stress intensity factors in web-plate

此外，可發(fā)現(xiàn)面板B中裂紋在擴(kuò)展至大約32～35 mm處面板A斷裂。在面板A斷裂處，其余板中的應(yīng)力強(qiáng)度因子發(fā)生跳躍式增大。這是由于面板A斷裂后，結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力重新分布，造成面板B和腹板承受較大應(yīng)力。在模擬開(kāi)始時(shí)，三條裂紋分別在面板兩側(cè)及腹板中同時(shí)擴(kuò)展，其相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子相對(duì)較小。面板斷裂后，結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力重新分配，腹板中裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子急劇增加。在裂紋擴(kuò)展至接近底板處，節(jié)點(diǎn)A中的應(yīng)力強(qiáng)度因子減小，裂紋擴(kuò)展速率減小，而其他形式的節(jié)點(diǎn)在裂紋擴(kuò)展至接近底板時(shí)出現(xiàn)速率增大的現(xiàn)象，這是由于不同形式典型節(jié)點(diǎn)的裂紋擴(kuò)展路徑不同導(dǎo)致的。

3.4 裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)報(bào)

圖14給出了各種形式典型節(jié)點(diǎn)的面板和腹板裂紋擴(kuò)展壽命隨裂紋長(zhǎng)度的變化曲線。曲線上某一點(diǎn)的斜率表示該點(diǎn)的裂紋擴(kuò)展速率，可見(jiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋擴(kuò)展速率逐漸加快。例如，節(jié)點(diǎn)A在循環(huán)載荷作用下初始裂紋橫穿整個(gè)腹板的循環(huán)次數(shù)為1.70×106次，此壽命可認(rèn)為是構(gòu)件破壞的總壽命。從初始裂紋至面板A斷裂的循環(huán)次數(shù)為1.10×106次，其擴(kuò)展壽命占總壽命的64.7%；至面板B斷裂的循環(huán)次數(shù)為1.19×106，其擴(kuò)展壽命占總壽命的70.0%?，F(xiàn)將各種形式典型節(jié)點(diǎn)的疲勞擴(kuò)展壽命總結(jié)如表3所示。

可明顯看出，不同形式典型節(jié)點(diǎn)對(duì)裂紋擴(kuò)展壽命的影響：節(jié)點(diǎn)A的疲勞壽命最小，節(jié)點(diǎn)D、C次之，節(jié)點(diǎn)B最大。結(jié)果表明，軟趾、防傾肘板及背肘板對(duì)裂紋擴(kuò)展壽命有較大的影響。由節(jié)點(diǎn)A和B可以看出，軟趾使裂紋擴(kuò)展壽命增大；由節(jié)點(diǎn)C和D可以看出，背肘板可使裂紋擴(kuò)展壽命減??；由節(jié)點(diǎn)A和C可以看出，防傾肘板可使裂紋擴(kuò)展壽命增大。

圖14 面板和腹板裂紋擴(kuò)展壽命Fig.14 Crack growth lives in flange and web-plate

此外還可以發(fā)現(xiàn)，從初始裂紋至面板A斷裂這一過(guò)程裂紋擴(kuò)展速率較慢，其擴(kuò)展壽命占總壽命的60%以上，至面板B斷裂的擴(kuò)展壽命占總壽命的70%以上。因此，面板斷裂前的擴(kuò)展壽命占總壽命的比重很大。一旦面板A斷裂，腹板中裂紋擴(kuò)展速率迅速增大，裂紋很快橫穿整個(gè)腹板，造成構(gòu)件破壞。

表3 各節(jié)點(diǎn)裂紋擴(kuò)展壽命Tab.3 Crack growth lives of each connection detail

位于面板及腹板上的初始裂紋在循環(huán)載荷作用下不斷擴(kuò)展，當(dāng)面板斷裂后腹板中的裂紋會(huì)迅速擴(kuò)展至船體底板或舷側(cè)板，不僅造成了結(jié)構(gòu)承載能力的下降，還會(huì)造成水/油密部件泄漏等災(zāi)難性事故。因此有關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)這類(lèi)裂紋的管理，對(duì)容易發(fā)生疲勞裂紋的部位進(jìn)行定期檢測(cè)，并采取相應(yīng)的措施修復(fù)和制止裂紋擴(kuò)展，以確保構(gòu)件的完整性和連續(xù)性。

4 結(jié) 論

本文基于斷裂力學(xué)的方法對(duì)船體縱骨與橫艙壁連接處的典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了疲勞裂紋擴(kuò)展及壽命分析，得出了如下結(jié)論：

（1）軟趾、防傾肘板及背肘板對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑有較大的影響。增設(shè)軟趾、背肘板或設(shè)置防傾肘板都會(huì)使裂紋擴(kuò)展路徑曲率增大，且向縱骨及橫艙壁的連接處擴(kuò)展。

（2）不同形式典型節(jié)點(diǎn)對(duì)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子有較大的影響。軟趾、防傾肘板可使裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子減?。槐持獍蹇墒沽鸭y尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子增加。

（3）不同形式典型節(jié)點(diǎn)對(duì)裂紋擴(kuò)展壽命有明顯影響。軟趾、防傾肘板可使裂紋擴(kuò)展壽命增大；背肘板可使裂紋擴(kuò)展壽命減小。

（4）有關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)這類(lèi)裂紋的管理，對(duì)容易發(fā)生疲勞裂紋的部位進(jìn)行定期檢測(cè)，并采取相應(yīng)的措施修復(fù)和制止裂紋擴(kuò)展，以確保構(gòu)件的完整性和連續(xù)性。

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Life assessment of fatigue crack growth of typical details in hull longitudinals

HE Wen-tao1,LIU Jing-xi1,2,XIE De1,2
(1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074, China;2.Hubei Key Laboratory of Naval Architecture&Ocean Engineering Hydrodynamics,Wuhan 430074,China)

A program(FCG-System)is developed to simulate fatigue crack growth combined with Virtual crack closure technique,crack growth criterion and substructure technique,based on ABAQUS using python scripting language.The fatigue crack growth in common longitudinal connection of oil tanker is simulated under lateral pressure and the effect of soft toe,back bracket and tripping bracket on crack growth path and life is discussed.Results indicate that soft toe,back brackets or tripping brackets will cause the curvature of crack growth path increasing and soft toe,tripping brackets can make crack growth life increase,and the back bracket can reduce crack growth life.

crack growth path;crack growth life;virtual crack closure technique; substructure technique;FCG-system

U661.43

A

10.3969/j.issn.1007-7294.2016.07.014

1007-7294（2016）11-1475-10

2016-05-13

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（NO.51609089）；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（No.2016M592338）

何文濤（1986-），男，博士研究生，E-mail：hewtsd@163.com；解 德（1964-），男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：dexie@hust.edu.cn。