钱 怡 ， 崔维成

（1江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122；2中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）

1 引 言

结构动态载荷下的疲劳损伤，一直是船舶、海洋结构物面临的问题，而变幅载荷下的裂纹扩展计算，结构疲劳寿命的分析研究则是问题的关键。这方面的研究成果，通常是集中在累积损伤理论、连续损伤理论和裂纹扩展理论三方面。累积损伤理论虽简便，但往往忽略了裂纹附近的内力情况。裂纹扩展理论则把问题焦点集中在应力强度因子与裂纹扩展率的关系上，疏于考虑裂纹附近应力场的情况。而实际上疲劳裂纹扩展情况，与裂纹附近的内力分布直接相关。1999年，Vasudevan和Sadananda提出[1]，疲劳裂纹扩展的驱动力有两个，Kmax和△K，而影响裂纹扩展率的主因除了Kmax和△K外，还有裂纹区的内应力。Castro提出了基于裂纹附近应变场的累积疲劳损伤的裂纹扩展计算方法[2]，他们将裂缝附近的材料分成连续相邻的单元，认为应变幅与结构寿命直接关联。通过分析裂纹附近的应变分布，利用Coffin-Manson公式计算单元内部应变与疲劳寿命的关系，认为材料的总损伤是每次循环载荷产生的损伤的叠加，当单元的损伤达到1时，单元破裂导致裂纹扩展。Glinka同样提出了逐单元分析损伤的思路[3]，利用Coffin-Manson公式和SWT系数，分析了裂纹尖端附近应力应变场，给出了残余应力强度因子Kr的计算方法，建立了da/dN-△K关系，从而得到疲劳裂纹的扩展寿命。Kujawski在2005年的文章中[4]提出类似的逐单元计算损伤的方法，他通过判断应力应变的弹塑性，采用了描述σ、ε关系的四种不同组合，给出裂纹扩展率的计算方法。……