袁奎霖，周忠华，赵 峰，洪 明

（大连理工大学 船舶工程学院 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连116024）

0 引 言

船舶等大型焊接结构在交变外载荷作用下，在应力集中较严重的焊趾部位极易萌生多处微裂纹,随着微裂纹生长与合体形成近似于半椭圆形状的表面裂纹[1]。表面裂纹沿板厚和板宽方向不断扩展，直至贯穿钢板形成穿透型裂纹甚至引发断裂破坏。为了保证结构服役安全性，表面裂纹尖端应力强度因子的计算是损伤容限设计中极其重要的一部分。

对于半椭圆表面裂纹应力强度因子的计算，已有国内外学者对此进行了大量研究，其中有限元法是最常用的方法之一。Newman和Raju[2-3]通过建立三维有限元模型对远端拉伸载荷和弯矩作用下的有限厚度平板表面裂纹应力强度因子进行了分析，并且总结了相应的经验公式。Bowness等[4]针对T型接头中的表面裂纹，结合三维有限元分析，给出了考虑焊趾处应力集中影响的应力强度因子放大系数Mk的计算公式。Shiratori等[5]基于线性叠加原理将远场载荷与结构局部应力集中的影响转化为裂纹面上的近场应力载荷，分别计算了在0～3次多项式表达的沿板厚方向变化应力场作用下平板表面裂纹应力强度因子。然而，实际焊接结构由于受形状复杂性和焊接残余应力的影响，焊趾处应力载荷往往沿板宽和板厚方向同时变化（如图1所示），并且需要高次多项式进行拟合[6]，这对应力强度因子的有限元计算造成了很大困难。……