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应力分布是由于波浪的作用 ==〉波浪的统计描述 应 波浪散布图： 图中，纵坐标 为有义波高Hs， 横坐标为平均 跨零周期Tz。 某海洋平台的传递函数 浮式结构设计基础 2008年5月 第二章　浮式结构强度分析 www.DeepWaterC 浮式结构设计基础 2008年5月 第三章　浮式结构强度分析 概述（General） 在工程实际中，大量的构件是在交变应力作用下工作，将发生疲劳破坏，疲劳分析在工程设计中占有重要地位。 疲劳强度分析是一个热点的研究领域，已从经典的无限寿命设计发展到有限寿命设计和可靠性分析。 累积损伤观念为现代工程设计注入了新思想和新方法，损伤理论已成为一门新的学科，为解决疲劳寿命问题提供了重要理论基础与工程计算方法。 交变应力与描述 交变应力 右图所示的匀速转动圆轴，虽然承受固定不变的弯矩M作用，但由于表面上任一点A随轴转动将周而复始地依次通过空间Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各点，因此A点的应力也依次由最大压应力、零、最大拉应力、零的次序作周而复始地连续变化。像这样随时间而循环变化的应力称为交变应力。 等幅交变应力,变幅交变应力,随机交变应力 在船舶与海洋平台在作业环境中产生交变应力的例子？ 交变应力与描述 (cont.)  船舶处在波浪环境中，由于波峰波谷的交替运动，结构会产生总体的交变应力。局部结构中，由于局部载荷的周期性激励，会产生局部的交变应力。 中垂 中拱 交变应力与描述 (cont.)  海洋平台处在波浪环境中，由于波峰波谷的交替运动，结构会产生总体的交变应力。 交变应力与描述 (cont.)  等幅交变应力 变幅交变应力（ 随机交变应力 ） 交变应力与描述 (cont.)  应力循环——应力值每重复变化一次成为一个循环。 循环次数——应力重复变化的次数，用N 表示。 最大应力——应力循环中的最大值，用Smax表示。 最小应力——应力循环中的最小值，用Smin 表示。 平均应力——最大应力与最小值的平均值，用Sm 表示。即Sm= (Smax +Smin)/2 应力幅值——应力变化幅度的均值，用 表示。即　　　　　　　 ??　　 Sa= (Smax - Smin)/2 　　　　　循环特征——最小应力与最大应力的绝对值的比值.　　　　　　　 ????????????????????? 图1所示的交变应力，为对称循环的交变应力。其特点是 图2所示的交变应力，为脉动循环的交变应力。其特点是 图3所示的为静应力，可视为应力幅值为零的特殊交变应力。其特点是均在-1与+1间变化。 除图1所示的对称循环的交变应力外，其它均为非对称循环交变应力，且其循环特征均在-1与+1间变化。 　　　　　　　　 交变应力与描述 (cont.)  疲劳的概念与材料的疲劳极限 构件在交变应力作用时的破坏，称为疲劳破坏，简称疲劳。大量工程实践与试验结果表明，构件疲劳与在静应力作用下的破坏决然不同，有以下四个明显特征： 1）破坏时的名义应力值远小于材料的静强度指标( 2）构件需要经历一定次数的应力循环后才发生破坏，即破坏有一个过程。 3）破坏是脆性断裂，没有明显的塑性变形。既使塑性很好的材料，也是如此。 4）构件的同一破坏断面，明显划分成光亮区域与颗粒状的粗糙区域。 较早的经典理论认为，金属零件表面处的某些晶粒经过一定次数应力循环之后，晶格发生剪切与滑移，逐渐形成滑移带。随着应力循环的继续，滑移带变宽并不断延伸而形成微裂纹源；或滑移带在零件表面堆积成切口状的凸起与凹陷而形成微裂纹源。另外，构件外形突变（如圆角、切口、沟槽等）以及材料中的缺陷（如砂眼、缩孔等）处应力集中，也是微裂纹的发源地。近代，断裂力学的理论认为，微裂纹源是由于位错运动引起的。金属原子晶格的某些空穴、缺陷或错位，称之为位错。微观尺度的塑性变形就能引起位错在原子晶格间的运动，位错积聚在一起，便形成了微裂纹。微裂纹集结、贯通形成宏观裂纹，宏观裂纹在交变应力作用下继续扩展，致使构件有效截面逐渐减小，最终，经过一定次数应力循环后，在较低的应力水平下脆断，造成断面的颗粒状粗糙区域。由于应力是交变的，在扩展过程中裂纹表面相互挤压与研磨，致使扩展区域成光亮状。 疲劳破坏的成因 疲劳的概念与材料的疲劳极限 （cont.） 疲劳时应力远低于静载下材料的屈服强度或强度极限，因而屈服强度或强度极限已不能作为交变应力下的强度指标，需重新测定金属的疲劳强度指标。疲劳试验表明，在同一循环特征 r 的交变应力下，循环次数N随交变应力的最大应力Smax 的减小而增大，当 Smax减小到某一数值时，N 趋于无限大。材料经历无限次应力循环而不疲劳时的交变应力的最大应力