腐蚀损伤致船体结构极限强度趋弱机理及评估方法研究

The hull structure is a typical thin-walled composed structure and it buckles easily. The thickness loss due to corrosion of hull structure results in the danger of hull structure buckling increases significantly. The corrosion damage of the hull structure is the “general corrosion + pits”, which induces the complicated stress distribution of the structure. Until now, the researches on ultimate strength assessment method of the hull structure with corrosion damnification are almost in the qualitative analysis stage and the existed quantitative calculation formulae are difficult to be used in engineering..In this task, according to the existed researches, the research on the mechanism and rule of the effects of corrosion on ultimate strength is carried out. An ultimate strength calculation formula is proposed and it is analyzed on the basis of the corrosion measurements (the number of pits, average depth, maximum depth, average diameter and maximum diameter) during ship structural surveys through the theoretic analysis, the finite element analyses and the ultimate strength experimental investigation of the actual hull structure. The final purpose of the present task is to find out the mechanism of the complicated stress distribution of the structure induced by corrosion damage, to establish the quantitative relationship of the corrosion parameters and the ultimate strength and to develop an ultimate strength assessment method of hull structure with corrosion damnification, and the method is applicable in engeering. The task will be contributive to the theoretic innovation in the safety assessment field of the hull structure.

船体结构是典型的“薄壁组合”结构，容易发生构件屈曲；腐蚀损伤而使构件厚度减薄，进一步加大构件发生屈曲的危险性。船体结构的腐蚀损伤表现为“全面腐蚀减薄+腐蚀凹坑”，导致结构的复杂应力场。对于含腐蚀损伤船体结构极限强度的评估方法，目前大多研究停留在定性阶段、已有的量化计算公式较难在实际工程中应用。.针对上述研究现状，本项目提出开展腐蚀损伤对结构极限强度产生影响的机理和规律研究，并以实船腐蚀损伤检测参数（凹坑数目、平均凹坑深度、最大凹坑深度、平均坑口直径和最大坑口直径）为分析基础，通过理论分析、数值实验与模型试验相结合，研究基于腐蚀损伤参数的船体结构极限强度计算公式；目的是揭示“腐蚀凹坑”导致复杂应力场的机理，确立腐蚀损伤参数与极限强度间的量化关系，建立可普遍适用的含腐蚀损伤船体结构极限强度的评估方法，并对船体结构安全评估领域的理论创新做出一定贡献。

腐蚀损伤是船体结构全寿命期内最主要的损伤形式之一，它将引起结构极限强度的降低，从而威胁到船体结构的安全。目前关于腐蚀损伤对船体结构极限强度的影响，只是在设计阶段根据经验数据预留了腐蚀余量。在船舶服役期内，还没有规范认定的方法对腐蚀损伤船体结构极限强度进行评估，也缺乏腐蚀损伤引起船体结构极限强度趋弱机理的研究。.本项目着重研究船体结构在服役期内出现腐蚀损伤后结构极限强度的评估方法，研究中密切结合腐蚀损伤检测数据，探索腐蚀损伤参数与极限强度之间的关系。首先通过对实船腐蚀损伤检测参数的分析，找到了不同检测参数（蚀坑数目、最大蚀坑直径、平均蚀坑直径、最大蚀坑深度和平均蚀坑深度）之间的相互关系，经过公式计算和计算机编程，可以将这些检测参数综合分析转换成一个参数（腐蚀体积），从而用这个参数来进一步评估船体结构的极限强度。然后采用有限元数值计算方法，建立大量与实船结构相符的腐蚀损伤船体结构模型并计算极限强度，通过统计学分析得到了腐蚀体积与船体结构极限强度之间的量化公式。由于腐蚀体积可由腐蚀损伤检测参数计算得到，船体结构计算模型与实船相符，因此上述公式可在工程分析中用来评估腐蚀损伤船体结构极限强度。最后选取实船中具有腐蚀损伤的结构实施腐蚀损伤检测和极限强度试验，验证了上述公式和计算方法的正确性。.在腐蚀损伤船体结构极限强度评估方面，很多学者研究了腐蚀损伤与极限强度的定性关系，在量化计算和评估方面的报道较少。本项目将多个腐蚀损伤检测参数转换为一个参数，并用于计算船体结构极限强度，扩展了分析思路，并且充分考虑到工程分析的实用性，在船体结构安全评估领域具有重要的科学意义。