船舶作为典型焊接结构,焊趾部位的初始缺陷极易发展成为半椭圆形的表面裂纹,在交变外载荷作用下,表面裂纹会不断扩展而穿透钢板,将影响船体舱室的水密性甚至威胁着航行安全。因此,从损伤容限设计角度出发,需要准确评估表面裂纹尖端的应力强度因子,为船体结构的疲劳寿命评估与断裂分析奠定基础。本文基于断裂力学理论,研究适用于任意复杂应力场中表面裂纹应力强度因子计算的二维权函数方法。研究内容主要包含以下几个方面:(1)研究大深长比(a/c≥1)表面裂纹的二维权函数。本文采用三维有限元模型计算裂纹深长比a/c=1.0~8.0,裂纹深度比a/T=0.01~0.8的表面裂纹应力强度因子,将其作为求解权函数的参考解。通过自编MATLAB计算程序,通过四边形单元对裂纹面进行网格划分,采用高斯数值积分方法求解权函数未知参数,并通过最小二乘法拟合权函数系数参数的公式。(2)设计多种双向应力分布载荷,验证所提出的大深长比表面裂纹二维权函数的有效性。验证结果表明,将不同载荷工况下应力强度因子的权函数结果与有限元结果进行对比,最大相对误差均在10%以内。(3)在前期工作基础上,将小深长比(a/c≤1)表面裂纹二维权函数与有限元应力分析相结合,对船体典型节点焊趾表面裂纹应力强度因子进行分析。运用有限元软件ABAQUS首先建立不含损伤的面内面外十字接头及加筋板结构有限元模型,分析并提取焊趾截面处的应力分布,作为裂纹面的载荷输入,利用权函数计算应力强度因子。然后建立含表面裂纹损伤的面内面外十字接头及加筋板结构有限元模型,得到应力强度因子有限元结果,最后将两者结果对比来验证权函数结果。