Ship & Boat ›› 2024, Vol. 35 ›› Issue (05): 1-11.DOI: 10.19423/j.cnki.31-1561/u.2024.05.001

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Research on Crack Propagation and Fatigue Reliability Analysis of Portholes of Cruise Ships

LIU Fupeng, DUAN Qinghao, ZHANG Jingrui, MA Jiandong, YU Jianxing*   

  1. National Key Laboratory of Intelligent Construction and Operation of Hydraulic Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China
  • Received:2024-07-08 Revised:2024-08-09 Online:2024-10-25 Published:2024-10-30

邮轮舷窗裂纹扩展研究与疲劳可靠性分析

刘富鹏, 段庆昊, 张菁瑞, 马建东, 余建星*   

  1. 天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室 天津 300350
  • 通讯作者: 余建星(1958-),男,博士,教授。研究方向:海洋装备结构疲劳可靠性分析,海洋装备结构安全评估。
  • 作者简介:刘富鹏(1988-),男,博士,高级工程师。研究方向:海洋装备疲劳可靠性分析。段庆昊(1989-),男,硕士,工程师。研究方向:海洋装备结构疲芳强度分析。张菁瑞(1999-),男,硕士,助理工程师。研究方向:海洋装备结构裂纹扩展研究。马建东(1999-),男,博士研究生。研究方向:海洋装备疲劳寿命预测。余建星,博士,讲席A类教授、博士生导师,国家973计划首席科学家,国家教学名师,获国务院政府特殊津贴;担任天津大学副校长12年,现任天津大学海洋交叉学科研究中心主任、天津大学海洋与船舶工程研究院院长,以及国务院学科评议专家、国际海洋工程学会副理事长、国家高新船舶与深海开发装备协同创新中心副主任,并且获得天津市高层次创新型科技领军人才、天津市杰出人才等荣誉称号;担任船舶与海洋工程学科负责人、系主任,国家名师评审专家,并且连续10年担任国家发明奖、科学技术奖的网评、会评专家。其出版专著12部、发表科技论文357篇(其中SCI/EI收录108篇),拥有发明专利121项,荣获国家科技进步二等奖2项、国家科技进步一等奖1项、省部级科技进步奖10余项。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金创新研究群体科学基金(51321065); 自然科学基金面上项目(52071234); 工业和信息化部高技术船舶项目; (MC-201917-C09)

Abstract: The experiments of crack propagation at the corner of the porthole structure are reproduced to study the impact of the cracks on the porthole structure of cruise ships by using the finite element software, which verified the feasibility of the current research method. Two types of porthole structure models are then established to discuss the crack propagation characteristics at the corner of the porthole structure under different factors by using the crack propagation software. The ultimate compressive strength of the porthole structure with cracks is also calculated. Finally, the ultimate state function of the porthole structure is proposed based on the improved Paris formula from the viewpoint of fracture mechanics. The failure probability and reliability index of the structure under different conditions are calculated by the Monte Carlo method. The results can provide references for the design of luxury cruise ships.

Key words: cruise ships, porthole, crack propagation, improved Paris formula, fatigue reliability

摘要: 为了研究裂纹对邮轮舷窗结构产生的影响,该文首先使用有限元软件复现了其他研究中关于舷窗结构角隅处裂纹扩展的实验,验证了研究方法的可行性;然后构建了2类舷窗结构模型,利用裂纹扩展软件探讨了舷窗结构角隅处裂纹在不同因素作用下的扩展特性,并计算了含裂纹舷窗结构的抗压极限强度;最后从断裂力学角度,依托改进的Paris公式提出了舷窗结构的极限状态函数,使用蒙特卡罗法计算了不同条件下结构的失效概率与可靠性指标。研究结果对邮轮设计有一定的参考意义。

关键词: 邮轮, 舷窗, 裂纹扩展, 改进Paris公式, 疲劳可靠性

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