第３６卷第１期。
０１４年１月。
舰船科学技术。
船体结构ｓ—ｎ曲线选取方法。
陈崧 ，竺一峰 ，胡嘉骏 ，祁恩荣。
１．中国舰船研究设计中心军事代表室，湖北武汉４３０
．中国船舶科学研究中心，江苏无锡２１４
摘要：疲劳失效是船体结构破坏的主要模式之一。可采用ｊｓ一ⅳ曲线法计算船体结构的疲劳寿命，ｓ一ⅳ曲。
线的选取是该方法的关键内容之一。由于实际应用中可供选择的ｓ一ⅳ曲线有限，无法全面涵盖所有类型的节点，规。
范中ｓ—ｎ曲线对于新型节点形式的适用性有待进一步研究。本文对ｓ一ⅳ曲线的类型因子进行研究，提出采用热点应力集中系数选取ｓ一ⅳ曲线的一般原则。并计算２种典型节点的应力集中系数，将其与规范值进行比较，发现计算值普遍小于规范值，按规范计算所得的疲劳寿命将趋于保守。
关键词：船体结构：ｓ—曲线；选取方法。
中图分类号：ｕ６文献标识码：ａ
文章编号。 引言。
疲劳失效是工程结构破坏的主要模式之一。船体结构疲劳寿命的计算方法主要分为ｓ一ⅳ曲线法和断裂力学方法。由于断裂力学的方法起步较晚，使用的应力可以是名义应力、热点应力或是切口应。
力。理论上讲，只要ｓ一ⅳ曲线选配适当，无论哪。
种应力都可以作为疲劳评估的应力，而且计算结果也应当基本相同。本着实用性和可操作性原则，绝大多数船级社对于船体结构的典型构件采用简化方法进行疲劳强度的校核，选取的应力为名义应力，可用结构力学板梁理论或者有限元粗网格模型计算。
获得，同时针对不同的结构形式和受力特点，船级。
并不成熟，因此各国船级社规范中都没有关于该方法的具体介绍。利用ｊｓ一ⅳ曲线法计算疲劳寿命时，ｓ—曲线的选取就成为关键内容之一。选取ｊｓ一ⅳ
曲线的一条重要原则就是所评估位置处的应力定义必须与获取．ｓ一ⅳ曲线时的应力定义一致。计算中。
收稿日期修回日期。
社规范推荐了不同的ｊｓ一ⅳ曲线计算疲劳寿命。由于在实际应用中可供选择的ｓ一ⅳ曲线有限，且无。
作者简介：陈崧（１９一），男，高级工程师，研究方向为舰船总体。
第１期陈崧，等：船体结构ｓ一ⅳ曲线选取方法。
法全面涵盖所有类型的节点，计算结果和真实值还存在相当的差距。特别是对于新型节点和特殊节点，ｓ一ⅳ曲线的选取原则缺乏足够的理论依据，仍需在。
实践中不断检验和完善。因此，对于船舶规范中。
一ⅳ曲线选取时所需考虑的关键要素，及其对于新。
型节点的适用性研究具有重要意义。
本文旨在通过对船舶规范及相关背景资料的研究，结合对船舶典型节点应力集中系数的计算，采用定性和定量分析相结合的方法，研究疲劳ｓ一ⅳ曲线选取中的关键要素及ｓ一ⅳ曲线分类、选取的。
一。般原则和共性规律，为其他特殊钢材、特殊节点。
形式的船体结构疲劳分析提供参考。
规范中的ｊｓ一ⅳ曲线。
在以往的疲劳分析中，工程师要使用很多种应力范围一疲劳寿命曲线来定义各种对应焊接结构的疲劳强度。疲劳曲线样式多、形式复杂化会给工程使用带来很多不便。为建立简单统一的计算标准，英国能源部经过大量试验选取了１根ｐ曲线作为基准曲线…，并转换ｐ曲线来表现不同接头在焊接几何形状、连接方式、焊接质量上的差异性。
如今各大船级社和焊接学会所推荐的疲劳ｓ一ⅳ曲线的母型大多源于英国能源部的．ｓ一ⅳ曲线。英国能源部。
通过对１６ 厚焊接板进行拉伸试验，研究其应力。
范围和应力循环次数，给出了基准ｐ曲线的公式：
其基本参数列于表１。
表１ｐ曲线参数表。
英国能源部的ｐ曲线反斜率在１０ 处发生变化，循环次数在１０ 之前，反斜率ｍ＝３循环次数１０之后，反斜率ｍ＝５代表循环次数为１０ 处对应。
的应力范围，约５３
英国健康与安全执行委员会（ｈｓ将基准ｐ曲线进行转化，得到１组新的曲线，称为设计曲线。
以下简称ｈｓｅ曲线），其中ｄ曲线即为英国能源部的基准ｐ曲线。ｈｓ曲线的表达式如下：一。
ｓｅ曲线的参数列于表２。
表２ ｈ曲线参数表。
ｃｓ采用的８条ｓ一ⅳ曲线与ｈｓｅ设计曲线的。
类型和参数都一致 ，其参数对比列于表３。
表３ｃｃ和ｈｓｅ的ｓ—ｎ曲线参数对比。
曲线名。曲线名。
关于ｓ一ⅳ曲线选取的一般原则，ｃｃ给出了。
３种简单的焊接接头形式，采用名义应力法对这些焊接接头形式进行疲劳寿命的计算。对于规范中没有给出的新型结构形式，则需采用热点应力法计算疲劳寿命。疲劳评估采用热点应力法时，对于船体结构中的焊接节点应选用ｅ曲线，对于船体结构中。
的非焊接节点应选用ｅ曲线。
其他各大船级社推荐的ｓ一ⅳ曲线与ｈｓｅ设计曲线在形式和参数上都略有不同，但都给出了采用名义应力计算船体结构疲劳寿命的方法，并根据节点形式、受力方向和建造工艺，推荐了适用于该种节点的．ｓ一』￣ｒ曲线。
ｓ一ⅳ曲线的适用性研究。
针对特定的结构形式和受力特点，可以采用船。
级社推荐的．ｓ一ⅳ曲线计算疲劳寿命，但对于船体。
结构中的新型节点和特殊节点，现有．ｓ一ⅳ曲线的。
４舰船科学技术第３６卷。
适用性则有待于进一步研究。本节通过对．ｓ一ⅳ曲线的类型因子进行研究，给出适用于船体结构的。
ｓ一ⅳ曲线选取方法。
节点为研究对象，根据船级社规范推荐采用的节点设计要求建立有限元分析模型，通过热点应力计算分析各节点在轴向载荷及弯曲载荷作用下的应力集。
中系数。ｓｅ通过定义类型因子，将基准ｐ曲线进行转。
化，得出８条ｓ一ⅳ曲线，其类型因子见表４。
表４ｈｓ曲线类型因子。曲线类别。
类型因子。下面以ｅ曲线和ｆ２曲线为例，说明类型因子的计算方法。
分别采用ｅ曲线、曲线和ｄ曲线，计算得。
到疲劳循环次数ⅳ为。
０ 和２×１时对应的疲劳应力范围，并求两者比。
值（见表５）。
表５类型因子计算表。
表５结果表明，任一寿命下ｄ曲线与ｅ曲线的应力范围比值为１．１曲线与。
曲线应力范围。
比值为１．３英国健康与安全执行委员会分别将１．１和１．３定义为ｅ曲线和ｆ２曲线的类型因子。
由上述计算可知，ｆ２曲线等同于将基准ｐ曲线的应力范围乘以类型因子１．３转化而来。使用。
２曲线时，需要根据焊接接头名义应力计算疲劳。
寿命。采用热点应力法分析该焊接接头时，需根据热点应力采用基准ｐ曲线计算疲劳寿命。由于热点应力＝名义应力×应力集中系数，可见类型因子与应力集中系数在数值上相同。
因此，结合设计曲线类型因子的名义应力法和热点应力法在本质上也是相同的，对于规范中没有规定的新型结构型式，可以先求出其热点应力集中系数，和类型因子进行比较，进而确定采用哪条ｓ一ⅳ曲线计算该结构的疲劳寿命。
船舶典型节点应力集中系数计算。
本节以实船结构中典型的纵骨与横框架连接的。
本文涉及到的典型节点形式包括软踵和软趾节点、软趾和背面肘板节点。各节点局部开孔及肘板。
圆弧半径等设计参数主要参考以下规范：中国船级。
社《船体结构疲劳强度指南２００英国劳式船级社和挪威船级社一纵向构件贯穿横框架时的连接形式参考《水面舰船。
钢制船体结构节点》 中的规定。２种节点的尺寸如。
图１～图２所示。
图１软踵和软趾节点。
图２软趾和背面肘板节点。
纵骨尺寸和外板板厚列于表６。
表６各构件尺寸。
构件尺寸／ｒａ纵骨（ｔ型材。外板板厚。
横框架板厚１２
ｃｆ：一ｏｒｈ
舰船科学技术第３６卷。
并计算了２种典型节点的应力集中系数，得出以下。
结论：）ｈｓ设计曲线的类型因子和节点的热点应力集中系数在数值上相同，对于规范中没有给出的新型节点和特殊节点，如需采用名义应力法计算其疲劳寿命时，可以先求出其应力热点应力集中系数，并和类型因子进行比较，以确定选用哪条ｓ—ｎ曲线。
计算所得的应力集中系数与船级社推荐的应力。
集中系数的比较列于表１０。
表１ｏ应力集中系数比较。
）本文采用有限元方法计算了船体结构中２种。
典型节点形式：软踵和软趾节点、软趾和背面肘板。
节点的应力集中系数，并将计算值与规范的推荐值。
对比本文的计算结果和ｄｎｖ规范的推荐值，除了软踵和软趾节点热点ａ处在承受弯矩状态下，本文计算的应力集中系数大于规范值外，其余所有状态下，本文的计算值均小于ｄｎｖ规范的推荐值。对比本文的计算结果与ｃｃｓ规范的推荐值，本文计算所得的应力集中系数均小于规范值。可见规范的推荐值都趋于保守，按规范推荐的应力集中系数计算疲劳寿命所得的结果偏于安全。
进行比较，发现规范的推荐值都趋于保守，按规范推荐的应力集中系数计算疲劳寿命所得的结果会偏。
于安全。参考文献：
中国船级社．船体结构疲劳强度指南。
结语。本文研究了船级社规范．ｓ一ⅳ曲线及背景资料，（上接第２１页）参考文献：
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社，１９水面舰艇钢制船体结构节点。
７］岳国强，姚朝帮，董文才．深ｖ型滑行艇静水阻力性能。
影响因素研究［ｊ］中国舰船研究，２０
８］董文才，刘志华，吴晓光，等．滑行艇波浪中纵向运动理。
论预报的新方法［ｊ］船舶力学．２０
９］许蕴蕾，由丹丹．基于水动力分析的高速滑行艇阻力估。
算［ｊ］船舶，２０
海上高速船水动力学［ｍ］北京：
国防工业出版社，２０
船体结构英语
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