船舶建造工艺力学第六章VIP免费

第1页共11页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共11页第六章焊接结构的P-S-N曲线预测6.1构件的P-S-N曲线S-N曲线是对构件进行疲劳寿命预测的前提和基础。由于疲劳试验数据的离散性，使得疲劳应力-寿命间的曲线，并不是一一对应的单值关系，而是与存活率P紧密相连。前面提到的S-N曲线是中值疲劳寿命曲线，也就是存活率P为50%的S-N曲线。在许多情况下，尤其是构件的可靠性设计中，根据实际要求，需要不同存活率的S-N曲线。要表达这些不同存活率的疲劳寿命曲线，就必须使用P-S-N曲线。对于给定的构件，在不同应力水平下，各进行一组疲劳试验，从而可得各应力水平下，疲劳寿命的概率分布曲线。一般认为，疲劳寿命在次以内，疲劳寿命服从对数正态分布和威布尔分布。这样，即可求得给定存活率P时的对数疲劳寿命，将不同应力水平下具有相同存活率的各点相连所得曲线，就是构件的P-S-N曲线。如图6.1所示。第2页共11页第1页共11页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共11页由于P-S-N曲线全面地反映了构件的应力-寿命关系，因而在工程实际中比S-N曲线具有更广泛的用途。焊接结构的P-S-N曲线的测定可以按照构件的P-S-N曲线测定方法进行。一般可选5级应力水平，在每一应力水平下试验一组焊接结构，每组的焊接结构试件个数不少于6个。焊接结构给定盈利水平下的疲劳寿命服从对数正态分布时，由试验确定的P-S-N曲线方程式由（6.1）表示为：（6.1）式中是用存活率表示的疲劳寿命。而常数，分别由以下两式表示：（6.2）（6.3）式中是所加应力水平的级数；是第j级应力水平的应力幅；是第j级盈利水平下具有指定存活率p的对数疲劳寿命，它有(6.4)式计算：（6.4）上式中n为第j级应力水平下焊接结构试件的个数；是在第j级应力水平下第个试件的疲劳寿命；是与存活率p有关的标准正态偏第3页共11页第2页共11页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共11页量。可通过标准正态偏量表查得。P-S-N曲线能否由（6.1）式表示，要用相关系数来检验。6.2P-S-N曲线预测的一点法由疲劳试验获取P-S-N曲线需要大量的试验数据，尤其是要获得各种影响因素下焊接结构的P-S-N曲线是相当麻烦的，具体实施会受到很大的限制。目前，还不能完全不需要试验，从理论上直接预测结构的P-S-N曲线。因此，利用较少的疲劳试验，来获取焊接结构的P-S-N曲线，对于工程应用，节省经费开支具有重要的意义。作者建立了焊接结构P-S-N曲线预测的一点法。该方法的基本思路是：在作者已建立的焊接结构S-N曲线预测方法的基础上，在某一较高应力水平上适当增加几个试件的疲劳试验，并按照一点法的基本思想，可以建立具有任意存活率时焊接结构的P-S-N曲线预测方法。具体做法如下：上一章中理论预测焊接结构的S-N曲线，是中值S-N曲线。而存活率为p的S-N曲线方程可用（6.1）式表示。我们假定：具有不同存活率时的P-S-N曲线的值相等，即认为，对于同一特定焊接结构，在不同存活率时的P-S-N曲线相互平行。如图6.2所示。第4页共11页第3页共11页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共11页这个假定与S-N曲线预测中的一点法的基本假定有些类似，但这里的假定条件并不要求同一类型的S-N曲线相互平行，而只是要求特定焊接结构在不同存活率时的S-N曲线相互平行。这主要是考虑到焊接结构的P-S-N曲线对值并不敏感的缘故。按照上述假定，焊接结构的P-S-N曲线表达式（6.1）可写为：（6.9）这就确定了常数。M的预测理论请参见第五章内容。为了确定常数，我们在较高应力水平下，补做一组试验，如图6.3所示。第5页共11页第4页共11页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页共11页设在应力幅下得到的疲劳寿命分别为，，···，。由于在恒定应力水平下试件的对数疲劳寿命服从正态分布，因而有：（6.10）式中是应力幅作用下对数疲劳寿命的均方差。其大小由式（6.11）式确定：（6.11）式中n是补做试验的试件个数。将中值S-N曲线表达式（5.1）代入（6.10）式可得：（6.12）比较式（6.9）和（6.12）可得：（6.13）而...