SuperAPI AI 工具集

fatigue-analysis

数据与分析

查看项目

更新于 10-16 04:39

技能介绍

用途

疲劳分析技能用于海洋与海上结构构件的疲劳分析,采用行业标准 S-N 曲线与损伤累积方法。典型用途包括:焊接接头疲劳寿命评估、从国际标准中选择 S-N 曲线、应用应力集中系数、使用 Palmgren-Miner 规则进行损伤累积、疲劳极限评估、不同标准对比,以及生成疲劳分析报告。

主要能力

支持的 S-N 曲线

共提供 221 条 S-N 曲线,覆盖 17 项国际标准,包括:

  • DNV-RP-C203:45+ 条,用于海上钢结构
  • API RP 2A:15+ 条,用于海上平台
  • BS 7608:20+ 条,钢结构疲劳设计
  • ABS:18 条,船舶结构
  • Eurocode 3:14 条,钢结构
  • IIW:12+ 条,焊接接头
  • ASME:10+ 条,压力容器
  • AWS D1.1:8 条,结构焊接
  • AISC:5 条,钢结构建造
  • ISO 19902:12+ 条,固定式海上结构

核心概念

S-N 曲线方程:N = a / S^m,其中 N 为失效循环次数,S 为应力范围,a 为截距参数(对数尺度),m 为斜率参数(钢材通常为 3-5)。

损伤累积(Miner 规则):D = Σ (ni / Ni),其中 D 为累积损伤(D ≥ 1.0 时失效),ni 为应力水平 i 下的循环次数,Ni 为应力水平 i 下的失效循环次数(来自 S-N 曲线)。

实现组件

  • SNCurve 数据类:包含名称、标准、类别、截距(log10 尺度)、斜率、第二斜率截距与斜率、过渡点、疲劳极限、参考厚度、厚度指数、环境等参数,并提供 get_cycles_to_failure 方法计算给定应力范围下的失效循环次数,支持厚度修正与疲劳极限判断。
  • SNCurveDatabase 类:加载标准 S-N 曲线,提供按 ID 获取曲线、按标准列出曲线、按接头类别筛选曲线等方法。
  • FatigueCalculator 类:执行疲劳损伤计算,支持应力集中系数、厚度修正、设计疲劳因子,输出总损伤、疲劳寿命、设计寿命、利用率、各块损伤等结果,并提供 compare_standards 方法对比不同 S-N 曲线。
  • 应力谱生成器:generate_weibull_spectrum 使用 Weibull 分布生成应力谱;generate_rainflow_spectrum 从时间历程通过雨流计数生成应力谱(简化实现,生产环境建议使用 fatpack 等库)。

使用方式

版本与依赖

版本 1.0.0,最低 Python 3.10。依赖 signal-analysis(>=1.0.0,<2.0.0)与 structural-analysis(>=1.0.0,<2.0.0)。已在 Python 3.10、3.11、3.12、3.13 上测试,支持 Windows、Linux、macOS。

基本分析

导入 FatigueCalculator 与 StressBlock,定义应力谱块(应力范围与循环次数),调用 calculate_damage 并传入曲线 ID、应力块列表、设计寿命、应力集中系数、设计疲劳因子等参数,打印结果摘要。

标准对比

调用 compare_standards,传入多个曲线 ID 与应力块列表,返回各曲线的疲劳结果字典。

生成报告

将各块应力范围、循环次数、损伤整理为 DataFrame,调用报告生成器输出 HTML 报告,可包含摘要与图表(如各块损伤柱状图、S-N 谱散点图)。

YAML 配置

可通过 YAML 文件配置分析名称、设计寿命、设计疲劳因子、接头类型、S-N 曲线、厚度、应力集中系数、环境、应力谱类型(Weibull 或直接应力块)、输出报告路径与对比曲线等。

适用场景

  • 海上钢结构焊接接头疲劳寿命评估
  • 立管环焊缝疲劳分析
  • 管节点(T/Y、管状接头)疲劳评估
  • 不同标准(DNV、API 等)下的疲劳结果对比
  • 基于 Weibull 分布或雨流计数的应力谱疲劳分析

限制

  • 雨流计数为简化实现,生产环境建议使用 fatpack 等专业库。
  • 资料中仅列出部分标准曲线的具体参数(DNV 与 API 的部分曲线),其余标准的曲线参数暂未提供。
  • 资料未提供安装命令、收费信息、价格或平台限制等细节。
  • 资料未提供报告生成器的完整实现细节。