含Ⅰ型中心裂紋板修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算

◎趙星 重慶交通大學(xué)航運(yùn)與船舶工程學(xué)院

1.引言

船舶是海上運(yùn)輸?shù)闹匾煌üぞ撸浒踩允艿搅藦V泛重視。由于海洋環(huán)境的復(fù)雜多變性，船舶在波浪中航行時(shí)受載情況經(jīng)常發(fā)生變化，這使船體結(jié)構(gòu)長期處于交變應(yīng)力狀態(tài)，易于萌生疲勞裂紋。而嚴(yán)重影響船體結(jié)構(gòu)安全的裂紋主要出現(xiàn)在船體甲板上，對(duì)于這種船舶甲板開裂情況，若不及時(shí)采取措施阻止裂紋的擴(kuò)展，將會(huì)導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)突然發(fā)生斷裂，導(dǎo)致重大災(zāi)難事故的發(fā)生，2009年巴拿馬籍油輪，2013年商船三井（MOL）號(hào)集裝箱船的斷裂就是因?yàn)槠诹鸭y的擴(kuò)展導(dǎo)致的，為了保證船舶的安全運(yùn)行，對(duì)裂紋損傷部位進(jìn)行及時(shí)合理的修復(fù)是很有必要的。

現(xiàn)有一種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Ca rbon Fiber Rein forced Polymer，簡稱CFRP)，具有重量輕強(qiáng)度高、抗疲勞和耐久性好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等的修復(fù)中，但總體上來說，主要集中在結(jié)構(gòu)的加固、改造和補(bǔ)強(qiáng)中。

應(yīng)力強(qiáng)度因子是表征外力作用下彈性物體裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的一個(gè)參量。在含裂紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)估中，不能僅使用常規(guī)的強(qiáng)度準(zhǔn)則；斷裂力學(xué)中提出了應(yīng)力強(qiáng)度因子的概念，即裂紋端部應(yīng)力強(qiáng)度由應(yīng)力強(qiáng)度因子度量，能很好的評(píng)估裂紋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，因此在CFRP修復(fù)含裂紋結(jié)構(gòu)中，要評(píng)估開裂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及對(duì)裂紋的修復(fù)效果，需要計(jì)算裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，在裂紋板修補(bǔ)結(jié)構(gòu)中的裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子有效的計(jì)算方法在此顯得尤為重要。……