疲劳损伤叠加偏差校正框架：针对双随机过程线性SN曲线的修正方法研究

推荐：为解决多源疲劳损伤叠加存在的系统性偏差问题，DNV挪威团队提出基于偏差因子修正的疲劳评估框架。研究通过预模拟生成偏差因子等高线，建立适用于高斯/非高斯、宽窄带过程的通用修正模型，显著提升海洋立管波致与涡激振动(VIV)疲劳评估精度。该成果发表于《Marine Structures》，为工程实践提供了兼顾精度与效率的解决方案。

　　

在海洋工程领域，钢制立管等结构长期承受波浪和涡激振动(VIV)等多源疲劳载荷的联合作用。当前行业普遍采用简单叠加各过程损伤值(D₁+D₂)的方法，但研究表明这会导致系统性低估——实际案例中联合疲劳损伤被低估达2倍之多。这种偏差源于应力循环的放大效应未被计入，尤其当过程具有不同频率特性(r_f=f₂/f₁)或强度比(r_σ=σ₂/σ₁)时更为显著。DNV挪威团队的这项研究创新性地提出了基于偏差因子(R_b≤1)的修正框架，为多过程疲劳评估建立了统一的理论基础。

研究采用数值模拟与理论推导相结合的方法。通过FFT（快速傅里叶变换）生成高斯过程时程，结合Winterstein立方Hermite变换构建非高斯过程；采用雨流计数(RFC)精确计算损伤值；基于Low窄带修正因子建立解析模型；通过40组参数化仿真构建设计等高线。特别关注了波浪(非高斯)与VIV(窄带高斯)的组合工况。

窄带高斯过程

推导出封闭解R_b=1/R_c·(1+r_fr_σ^m)/[√(1+r_f²r_σ²)·(1+r_σ²)^(m-1)/2]，当m=5时最小偏差因子达0.303。

非高斯过程

发现峭度(γ₄)主导偏差程度，联合过程峭度服从γ_4,c=(γ_4,1+r_σ⁴γ_{4,2)/(1+rσ²)²。双软化过程(γ4=5)组合时偏差较高斯过程减轻40%。}

设计等高线应用

建立的通用设计等高线覆盖r_f∈[1,20]、r_σ∈[0,2]范围，包含波浪(γ₄∈[3,6])与VIV组合工况。当m=5时全局最小R_b=0.270，意味着传统叠加法可能低估损伤达3.7倍。

该研究突破性地解决了多过程疲劳评估的行业难题，其提出的设计等高线可直接集成至现有分析流程。对于安全等级要求高的立管系统，采用全局最小偏差因子可确保保守性；而通过短时工况匹配特定R_b值则可实现精度优化。这项工作不仅为ISO 19902等规范修订提供理论支撑，其方法论更可推广至风机基础、系泊系统等领域的疲劳评估。随着耦合分析技术的发展，该框架将持续发挥其桥梁作用，推动海洋工程疲劳评估进入"精确修正"时代。