李木易，陈飞宇，卢丙举，赵世平

(1. 海军装备部重大专项装备项目管理中心，北京 100071；2. 河南省水下智能装备重点实验室，河南 郑州 450015)

0 引 言

本文研究对象为水下航行器环肋圆柱壳耐压结构。在静水压力作用下，圆柱壳耐压结构将产生均匀收缩变形，肋间壳体产生弯曲，若壳体超过临界应力，材料进入塑性状态，甚至在载荷不变的情况下壳体的变形还将继续急剧增大直到使壳体破坏为止，威胁结构安全与可靠性。此外，耐压结构在制造加工过程中不可避免地存在着一些初始裂纹缺陷，并且在服役过程中将受到海水的严重腐蚀。这些因素都将对水下耐压结构的疲劳强度和稳定性造成巨大影响。

针对以上影响因素，本文利用结构裂纹扩展软件Franc3D 建立基于裂纹扩展试验的非线性裂纹仿真模型，通过与试验比对校验仿真方法的合理性。随后建立无缺陷状态下的耐压结构强度分析模型，对其强度与稳定性进行校核，在此基础上进一步加入裂纹缺陷因素，建立了耐压结构非线性有限元模型，研究不同缺陷参数对于结构的敏感性分析，提出多失效模式下结构强度与稳定性评估方法。

1 Franc3D 断裂力学理论

Franc3D 是美国FAC 公司开发的裂纹分析软件，用来计算工程结构在任意复杂的几何形状、载荷条件和裂纹形态下的三维裂纹扩展，它结合有限元软件进行断裂力学计算。

1.1 应力强度因子计算

Franc3D 使用M积分来计算应力强度因子，M积分能量表达式为：

式中， Γ为围绕尖端的积分回路。……