含不同角度和长度裂纹损伤钢构件的试验及剩余极限强度有限元分析

为研究含裂纹损伤钢构件的剩余极限强度,分别对Q235和Q355两种含不同角度和长度的裂纹损伤钢构件展开试验,并建立了有限元模型。通过对有限元数值模拟结果进行非线性拟合,得到了裂纹角度为90°(裂纹与受力方向垂直)的含裂纹损伤钢构件剩余极限强度的计算公式。进而通过投影等效转换的方法推导出了含任意角度裂纹损伤钢构件剩余极限强度的统一计算公式,并通过对比分析验证了本文所提方法的准确性。结果表明,在裂纹角度一定的情况下,随着相对裂纹长度的增加,剩余极限强度减小;而在相对裂纹长度一定的情况下,随着裂纹角度的增加,剩余极限强度减小。经验证,本文提出的剩余极限强度的统一计算公式的计算结果与实际试验数据的误差保持在4%以内。

具有初始缺陷的裂纹加筋板剩余极限强度分析

船舶与海洋结构物因其工作环境而备受裂纹损伤的危害,为了将裂纹损伤船舶结构剩余极限承载的研究运用到船舶设计阶段的强度校核,从而保证船体结构在损伤之后仍具有一定的承载能力。本文采用试验及数值方法讨论了裂纹损伤对于船体结构剩余极限承载能力的影响。考虑初始变形缺陷下对受轴向压缩载荷的含穿透裂纹加筋板的极限强度进行分析,分别探讨了裂纹位置、长度不同时加筋板结构应力分布特性及屈曲变形模式,并将数值仿真与相同几何参数的裂纹加筋板受压破坏试验结果进行对比分析,并讨论了初始缺陷的影响。结果表明:裂纹的存在对加筋板结构压缩极限强度不利,且结构应力变化和变形呈现明显的非线性;结构初始变形不仅削弱了加筋板结构的极限承载能力,而且影响了加筋板结构的屈曲模式。

具有裂纹缺陷的板和加筋板格在联合载荷作用下的剩余极限强度

作者提出了一种更加理性化的基于"第一原理"的船舶结构强度评估系统。该系统要求考虑各种损伤对剩余极限强度的影响,因而更能真实地反映实际的结构极限强度值。计算累积的损伤程度和带损伤后的剩余极限强度是该系统的两项中心内容。本文利用有限元分析手段,主要研究板和加筋板格带裂纹损伤后的剩余极限强度。提出了一个合理的有限元分析模型,通过大量的组合计算,分析了各种参数对极限强度的影响。为了实用起见,本文也提供了相应的回归公式。经验证,这些回归公式是具有足够精度的,可以在实际中使用。

破损船体剩余极限强度的评估与分析

考虑船体发生碰撞和搁浅破损后,其剩余有效剖面是非对称的、船体还可能发生不同程度倾斜的实际情况,采用逐步破坏分析方法计算破损船体在不同倾斜情况下的剩余极限强度,避免了已有研究中按直接法计算时,对破损船体仍按正浮时的应力分布假定的问题.计算了多种船型在各种不同的破损情况下破损船体的剩余极限强度,给出了一条实船的计算实例及结果分析.

点蚀、裂纹损伤对船用加筋板剩余极限强度的影响

[目的]长期服役于恶劣海洋环境中的船舶与海洋工程结构,不可避免地会产生裂纹和点蚀,这些损伤会对结构的极限承载能力产生较大影响。为探讨裂纹、点蚀同时存在时对结构承载能力的影响,[方法]采用非线性有限元法开展含裂纹、点蚀损伤的加筋板在轴向压载作用下的极限强度研究。在讨论网格尺寸对含裂纹、点蚀损伤加筋板极限强度影响的基础上,开展裂纹点蚀坑相对位置、点蚀数目、裂纹长度对含裂纹、点蚀损伤加筋板剩余极限强度的影响。[结果]计算结果表明,裂纹长度、点蚀的增加会使加筋板的剩余极限强度下降明显。[结论]这些结果可用于指导全寿期船舶与海洋工程结构的设计与维护。

油轮侧撞损伤后剩余极限强度快速预报方法

油轮舷侧的损伤情况与撞击船舶舷侧的球鼻艏形状关系密切,在油轮船体剩余极限强度预报中,不宜简单地将撞击区域完全视为破损失效。针对带球鼻艏船舶撞击油轮舷侧的3种典型碰撞场景,运用塑性力学原理,通过解析方法获得舷侧的具体损伤情况;然后通过解析方法计算得到破损后船体梁的极限强度。极限强度解析计算方法的准确性通过与3种箱型梁极限强度实验值的比较来进行验证。研究结果表明,所提出的方法对船侧损伤情况考虑周全,可以针对油轮船侧遭受带球鼻艏船舶撞击后的剩余极限强度进行快速、准确的预报。

含裂纹加筋板在压缩载荷下的剩余极限强度试验研究

在老龄化引起的船舶结构安全性问题中,裂纹损伤是结构强度衰减的一个重要因素。文章采用逐步加载法对含裂纹损伤的加筋板压缩剩余极限强度进行试验研究。设计六种典型的穿透裂纹损伤加筋板,对损伤试件进行轴向压缩试验。通过改变裂纹尺寸、位置及倾角参数并根据试验观测结果,探讨了不同裂纹参数下加筋板的屈曲破坏特点和对剩余极限强度影响。试验结果表明,不同的裂纹长度以及裂纹位置改变加筋板结构承载力的分布,影响结构应力应变场,进而改变其失效崩溃模式;倾角为45°的裂纹相对于垂直于加筋的裂纹对加筋板结构的剩余极限强度影响较小,此外初始缺陷对结构的剩余极限强度的影响也不容忽视。

含共线等长双裂纹损伤钢构件的试验分析及剩余极限强度研究

针对多裂纹损伤对钢构件力学性能产生的不利影响,在分析裂纹所处位置对钢构件最不利情形的基础上,以含共线等长双裂纹损伤钢构件为研究对象,通过对比试验现象和结果,研究了相对裂纹长度和相对裂纹间距对含共线等长双裂纹损伤钢构件的断后伸长率和剩余极限强度的影响规律,建立了对应的剩余极限强度计算公式。并将计算结果与试验值及有限元分析值进行对比,结果表明,相对裂纹间距的大小决定了含共线等长双裂纹损伤钢构件是否发生连通;所提出的剩余极限强度公式的计算值的最大误差分别小于2%和1.7%,精度较高,验证了该公式的有效性和准确性。

破损船体剩余极限强度的影响参数与敏感度分析

在对破损船体剩余极限强度的影响参数进行分析的基础上,提出了一个对破损船体剩余极限强度影响大小的衡量指标—敏感度.根据这一衡量指标,逐一分析不同破损状态对破损船体剩余极限强度的影响程度.针对不同的船型,对破损船体剩余极限强度的影响参数进行了分析及计算,并给出了一条实船的计算结果,最后得出了一些有应用价值和指导意义的结论.

破损集装箱船剩余极限强度的研究

用逐步破坏法编制了破损船舶计算程序,采用ABS的破损模型计算了一条集装箱船碰撞与搁浅下的剩余极限弯矩。计算了这条集装箱船基于极限强度的剩余强度指标,并对该船舶碰撞与搁浅下3个影响因素进行了敏感度分析,得出了结论对破损集装箱的救援具有指导意义。

中心穿透裂纹板在复杂载荷作用下的剩余极限强度分析

为了深入研究复杂载荷作用下的含中心穿透裂纹板的剩余极限强度,利用弹塑性有限元分析方法对现有的具有中心穿透裂纹板进行了双向拉伸载荷下的极限拉伸强度分析,得到了与实验结果比较吻合的结果;系列有限元计算结果表明,结构剩余极限强度随有效裂纹长度的增大而线性降低,并推导了具有较高精度的极限拉伸强度计算公式;最后对轴向压缩载荷作用下的具有初始挠度的中心穿透裂纹板进行了剩余极限强度分析,分析了裂纹参数和结构初始缺陷对其相对剩余极限强度的影响。计算结果表明,此时结构的剩余极限强度主要取决于结构中存在的初始缺陷的大小。

弯曲作用下凹陷海管剩余极限强度研究

在海洋油气开发中,海底管道一直占据着重要位置,各国学者对其可靠性进行了广泛研究.环境因素或人为因素常常会使海底管道表面产生机械损伤,降低管道极限强度,导致管道失效概率的增加.凹陷是管道表面最典型的机械损伤形式,易造成管壁及截面的永久变形,还可能诱发裂纹、凹槽等其他缺陷,这对管道的可靠性极为不利.文中采用试验与数值仿真相结合的方式,以无缝钢管为对象,对弯曲作用下凹陷海管的剩余极限强度展开研究,探讨了凹陷类型及凹陷深度等参数对管道极限强度的影响.

破损散货船剩余极限强度的评估与分析

船体发生破损后,其剩余有效剖面是非对称的,船体还可能倾斜。根据IACS共同规范(CSR),采用逐步破坏分析法计算船体梁在不同破损情况下的剩余极限强度,同时编制了计算程序。对1艘散货船在完整和不同破损状态下的船体结构安全性进行了系统评估,并得到了一些有意义的结论。

含裂纹损伤的舱段剩余极限强度研究

在船舶服役过程中船体结构经常会受到外部载荷因素产生裂纹,而降低船舶结构的承载能力。一直以来船舶研究者对含裂纹结构的强度研究都很重视。随着船舶设计理念的不断更新和船舶建造材料的突破,有关船舶上裂纹损伤的研究也越来越多。本文使用有限元分析方法以舱段结构为研究对象,考虑结构尺寸和裂纹特征的影响,开展含裂纹损伤的舱段剩余极限强度研究,获得了相关结论。根据得到的有限元结果,基于准牛顿法(BFGS)和通用全局优化法,提出了在弯曲、扭转荷载分别作用下考虑厚度影响的含裂纹损伤下的舱段结构剩余极限强度评估公式,为具有缺陷情况下的舰船用舱段结构剩余极限强度提供评估依据。

材料低温脆性对LNG船剩余极限强度的影响

薄膜型LNG船在严重搁浅事故下存在破舱泄漏的可能,泄漏导致的低温会使船体结构发生脆性破坏。通过运用PCL语言对有限元软件Patran进行二次开发,自动迭代求解破舱后的结构温度场;结合船用钢低温下的材料特性,得出泄漏情况下的脆性影响范围;基于非线性有限元软件ABAQUS,假定脆性影响下的结构失去承载能力,计算了LNG船的剩余极限强度,通过与不考虑材料脆性下的结果进行对比,结果表明低温脆性对LNG船搁浅破舱情况下剩余极限强度有较大的减弱作用。

火灾中集装箱船剩余极限强度研究

采用ISO规定的火灾的标准温度—时间曲线建立船体结构的火灾模型。基于能量守恒原理建立热传导微分方程,计算热传导、对流和辐射对结构温度分布的影响。考虑火灾发生位置的差异性,分析得到着火区域的温度场。根据高温下钢材的力学性能,针对火灾发生位置的不同,利用非线性有限元方法,分析火灾对集装箱船剩余弯曲极限强度(中拱、中垂)的影响。结果表明,集装箱船不同位置发生火灾时,对船体结构极限强度的影响具有显著差异。船舱某一位置发生火灾时,对船体梁中拱和中垂极限强度的影响也分别不同。对集装箱船火灾的瞬态分析结果表明,火灾对船体梁极限强度的衰减作用主要发生在火灾发展过程中的前期,船体梁极限强度的衰减速度随火灾发展的时间逐渐减慢。

联合弯矩作用下含裂纹船体结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹损伤对于船体结构来说难以避免,将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹损伤船体结构的剩余极限强度意义重大。对于含裂纹舱段结构,现有的研究主要针对垂向弯矩作用下的剩余极限强度,对于联合弯矩作用下的研究还很欠缺。本文采用非线性有限元分析方法,研究了垂向弯矩和水平弯矩联合作用下含裂纹舱段的剩余极限强度。提出了计算含裂纹船舯舱段在联合弯矩作用下剩余极限强度的计算公式,通过对含裂纹箱型梁的有限元计算结果进行拟合,得到公式中待定系数的表达式。研究结果表明,本文提出的方法可以快速预测船体结构在联合弯矩作用下的剩余极限强度。

空爆下强力甲板损伤变形后舱段剩余极限强度分析

根据德国萨克森级护卫舰在强力甲板上加装纵向箱型梁的舰体结构设计理念,评估强力甲板设置纵向箱型梁之后空中爆炸(空爆)防护能力的提高比例。选择舰船非接触式爆炸冲击载荷工况,采用ABAQUS中的CONWEP模块模拟空爆对强力甲板的冲击作用,建立普通舱段和甲板设置纵向箱型梁的舱段在强力甲板损伤之后的有限元模型,通过准静态法求解其剩余极限强度。采用三角级数对舱中处强力甲板的变形曲线进行拟合,给出描述强力甲板变形的参数,分析其与剩余极限强度保持能力之间的关系。分析结果表明:与普通舱段相比,若在强力甲板下方合适位置处设置纵向箱型梁,则当强力甲板变形参数相同时,加强后的舱段可有效提高船体自身的剩余极限强度。

双向受压裂纹板剩余极限强度分析

[目的]船舶在航行过程中船底板等船体结构除了受到纵向弯曲应力以及舷侧外板传递的横向水压力载荷影响外,还因焊接及应力集中容易产生裂纹,使船体结构的承载能力降低。为此,[方法]通过数值计算,研究双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度。首先,提出计算含裂纹船体板剩余极限强度的参数化函数模型;然后,计算和分析影响其强度的因素,如裂纹长度、倾角和船体板细长比、长宽比以及横纵载荷比,并提出倾斜裂纹的有效投影长度参数;最后,基于计算结果,拟合得到双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度计算公式。[结果]结果表明,运用计算公式得到的结果具有较高的精度,[结论]可用于对实船上含中心裂纹船底板纵向极限承载能力的计算分析。

考虑累积塑性的船舶裂纹板剩余极限强度

研究表明在恶劣海洋环境中船体结构整体断裂破坏往往是低周疲劳破坏和累积塑性破坏的耦合结果。为考虑这两者耦合作用的影响,更为真实评估船体结构的极限承载力,文章基于累积塑性和低周疲劳裂纹扩展损伤准则,从理论上分析平面内低周疲劳载荷下裂纹板的残余极限强度,经过一系列数值模拟,首先讨论低周疲劳载荷对裂纹扩展行为的影响,然后随着疲劳裂纹扩展的发展,主要讨论初始变形、焊接残余应力、裂纹扩展长度对承受低周疲劳载荷的船体裂纹板极限强度的影响。研究表明,数值模拟与试验结果较为吻合,极限承载力随着轴向压缩载荷循环次数的增加而降低,且裂纹板由于塑性应变累积,承载能力下降更为显著。