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。

基于准静态法的船体梁极限强度试验设计方法

为了应对采用传统试验法求解船体梁极限强度问题时存在的成本较高的情况,有必要在开展试验之前进行预设计。针对船体梁极限强度试验预设计问题,采用四点弯曲理论对船体梁极限强度开展试验设计,给出具体的试验工装设计方案和加载方案,并采用准静态法分析该方案在中拱状态下的极限强度。将采用该方法所得计算结果与理想状态下的数值计算结果相对比对比,结果发现误差仅为0.08%,表明该试验设计方案可靠、可行。研究结果可为船体梁极限强度试验的开展提供参考。

极地冰撞载荷作用下船体典型箱型结构极限强度分析方法研究

船舶在极地航行的过程中船体可能受到冰载荷的撞击,北极地区海域的温度最低可达-68℃,因此航行于极地的船舶将面临严重的冰载荷环境和低温环境.由于船体结构是典型的加筋板组合的变截面箱型梁结构,故将船体模型简化为箱型梁模型.基于LS-DYNA对箱型梁-冰碰撞的收敛性分析,在不同温度下对箱型梁-冰碰撞进行非线性有限元数值仿真,得到不同低温下箱型梁结构在冰载荷作用下的极限强度.引入冰厚、速度等敏感性参数,得到一般结论,箱型梁的极限强度随着温度的降低而升高,随着冰厚、温度的增大而增大.研究结果对低温下箱型梁-冰在碰撞的极限强度研究具有一定意义,为极地船舶船体结构的设计提供参考.

循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度研究

[目的]为充分考虑焊接初始变形和残余应力在内的完整初始缺陷,需开展不同循环弯矩下的箱型梁塑性变形分布和极限强度研究。[方法]首先,选用各向同性的强化材料模型与Chaboche材料模型,采用Python语言编制程序并直接在有限元软件中施加初始变形;然后,采用ABAQUS软件针对箱型梁开展多种循环弯矩模式下的极限强度非线性有限元数值模拟,同时考虑焊接初始变形、残余应力、材料强化及鲍辛格效应的影响。[结果]研究结果表明:单向循环弯矩下,箱型梁抗弯刚度和极限强度将随着循环次数的增加而不断下降,塑性变形将从箱型梁的上顶部向侧部区域扩展,其中同时包含焊接初始变形与残余应力缺陷的箱型梁有限元模型处于极限状态时的塑性变形区域更广;相较于单次加载,经过3次双向循环之后,仅考虑初始变形的箱型梁极限强度下降了10.44%~15.15%,而考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度下降了8.41%~14.50%。[结论]在循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度的下降趋势更为缓和,所得成果可为循环弯矩下箱型梁的极限强度研究提供参考。

轴向循环载荷下扁钢加筋板极限强度研究

为分析带板厚度、加强筋尺寸及循环加载模式对扁钢加筋板极限强度的影响,采用有限元软件ABAQUS,基于初始变形、焊接残余应力和鲍辛格效应,针对不同带板厚度和加强筋尺寸的扁钢加筋板开展了3种轴向循环载荷模式下的极限强度数值模拟。研究结果表明:当扁钢加筋板的带板厚度相同时,经循环载荷后,加筋板的极限强度随加强筋尺寸的增加而下降,其下降程度减缓;当加强筋尺寸相同时,经循环载荷后,加筋板的极限强度随带板厚度的增加而下降,其下降程度加剧;当循环载荷的幅值由大到小时,扁钢加筋板的极限强度下降程度最大;在等幅循环载荷时,扁钢加筋板循环后的极限强度下降程度最小。

船体结构极限强度优化设计

船舶作为重要的海洋交通工具,其结构的极限强度在循环载荷作用下是一个关键问题。通过对船体结构在循环载荷作用下的极限强度进行分析与优化,旨在提高船舶的安全性和使用寿命。首先,介绍了船体结构的基本构造和受力特点,并概述了循环载荷的种类和特点。其次,分析了循环载荷对船体结构的影响机理。其次,综述了船体结构的极限强度计算方法。最后,提出了船体结构优化的策略和方法,以提高船舶的抗循环载荷能力和延长其使用寿命。

悬挂链在磨损条件下的极限强度评估

运用ANSYS有限元分析软件,针对悬挂链在海洋环境下由于磨损造成的极限强度变化,进行了数值模拟研究。首先,建立有限元模型,确定承受拉伸载荷的悬挂链易发生破断的重点区域;然后,根据Archard磨损理论,在5级磨损(1/2/3/4/5mm)条件下累积磨损量,得到悬挂链在不同磨损等级下的磨损速度;最后,计算悬挂链在失效准则下的破断力,并根据磨损速度-磨损量-破断力的映射关系,得到悬挂链许用破断力与累计使用时间随磨损量的变化情况。结果表明:采用3级锚链钢的悬挂链环连续工作约2.7×10^(4)h磨损量近5mm,许用破断力下降4.2t。基于以上数值模拟方法,可实现典型工况下悬挂链的极限强度评估和在线寿命预测,为预防悬挂链失效提供了一定理论依据。

面内循环载荷下基于弹性安定临界状态的船体加筋板极限强度预测公式

[目的]为准确评估船体结构在循环载荷下的极限承载性能,需考虑载荷的循环属性对船体加筋板极限强度的影响。[方法]采用有限元软件ANSYS,对200块T型加筋板和扁钢加筋板开展面内循环载荷下达到弹性安定临界状态的极限强度数值模拟;细致考虑船体加筋板在面内循环载荷下的材料鲍辛格效应、焊接初始变形及残余应力;基于加筋板弹性安定临界状态的非线性有限元数值模拟结果,以加筋板无量纲极限强度作为目标函数,以带板和加强筋的柔度系数作为自变量,提出面内循环载荷下基于弹性安定临界状态的船体加筋板极限强度预测公式。[结果]与非线性有限元模拟结果的比较验证了所提公式的准确性。[结论]所做研究对循环载荷下船体加筋板的极限强度评估具有较好的理论与工程意义。

循环载荷下基于热弹塑性有限元法的船体加筋板极限强度分析

为进一步明晰船体结构极限承载性能,有必要综合考虑焊接初始缺陷、材料鲍辛格效应以及载荷循环属性对船体加筋板极限强度的影响。采用热弹塑性有限元法对扁钢加筋板进行焊接数值模拟,并开展了循环压缩-拉伸载荷下达到弹性安定状态的加筋板极限强度分析。研究结果表明:船体加筋板焊接残余应力在首次循环卸载后释放程度最显著,并随循环载荷幅值增大而增加;在循环载荷作用下,船体加筋板达到弹性安定状态后的极限强度有所提升,但循环载荷幅值对其极限强度提升效果不明显;在相同循环载荷幅值下,采用Chaboche模型计算得到的极限强度比理想弹塑性模型要高;采用热弹塑性有限元法能直接获取船体加筋板焊接的初始缺陷,对进一步研究船体结构在循环载荷下的极限承载性能具有一定参考价值。

基于热弹塑性有限元法的船体板极限强度研究

利用Abaqus软件,分析了热弹塑性有限元法在对接焊船体矩形板极限强度评估中的应用。首先,基于热弹塑性有限元法,直接获取船体板焊接残余应力与变形。进而采用非线性有限元法,评估了2块不同板厚(9.5 mm、11 mm)对接焊船体矩形板在轴向压缩载荷下的极限强度。研究表明,壳单元与实体单元计算所得温度场、残余应力场、变形结果相近,但前者计算效率显著提高。不同矩形板厚度对矩形板纵向残余应力的分布影响较小,但对其垂向挠度峰值影响较大。不同厚度矩形板通过数值模拟得到的极限强度值与Faulkner简化公式计算值误差分别为4.2%和5.1%,因此数值模拟值与公式计算值较吻合。

极端循环载荷下船体裂纹箱型梁的极限强度分析

为了解极端循环载荷作用下船体裂纹箱型梁的强度变化,本文通过试验分析,利用有限元法建立船体裂纹箱型梁的模型,分析了裂纹类型、位置与长度对极限强度的影响。结果显示:单裂纹模型的极限弯矩值低于双裂纹模型,说明单裂纹对船体结构强度的影响更大。而且,船体极限强度折减,是塑性损伤和疲劳裂纹损伤耦合作用所致。希望通过本次研究,为船体结构设计、施工与维护提供参考,避免船体裂纹产生,提高其使用性能。

船体结构加筋板极限强度的影响因素

加筋板作为船舶的基础组成结构,制作简单而且强度重量比较高,由于船舶破坏与甲板、地板以及加筋板的破坏程度有直接的关系,因此对这些结构进行极限强度计算非常关键。加筋板的破坏模式有6种,对不同破坏模式下的极限载荷值进行计算,取最小值则为最终的破坏模式。通过ABAQUS软件中的弧长法分析影响因素,分析边界条件、材料应力变化等对加筋板极限强度带来的影响,了解侧压力和结构挠度大小对加筋板的强度造成的影响非常大,本文针对这一理论实施进一步验证。

超大型集装箱船体结构极限强度研究方法

为增强超大型集装箱船船体结构的稳定性,对迭代增量法、理想结构单元法和非线性有限元法等应用较为广泛的船体结构极限强度研究方法的基本思路和优缺点进行归纳和总结。在此基础上,提出未来超大型集装箱船船体结构极限强度研究方法的改进建议。研究结果可为超大型集装箱船体结构的稳定性研究提供一定参考。

连续开口耐压壳结构极限强度分析

以一观光潜艇圆柱壳为原型设计试验模型,在压力容器内进行模型的静水压试验,记录试验压力和相应测点的应变。试验得到的应力、变形,以及极限承载力与ABAQUS有限元分析的结果吻合良好。进而使用有限元方法计算原型潜艇耐压壳的极限强度,并与CCS规范和ABS规范的计算结果进行对比,结果表明,现有规范更适用于舷侧无连续大开口的常规潜艇;对于水下观光潜艇,使用试验和有限元相结合的方法来评估其极限强度正确可行。

极地低温和凹陷损伤下加筋板极限强度的参数敏感性分析

为了快速评估含船冰碰撞凹陷损伤下加筋板在轴向压缩载荷作用下的极限强度,本文采用非线性有限元法对低温凹陷损伤加筋板的极限强度进行研究。根据EH36钢在低温下的材料力学性能试验,通过折减因子评估法,基于完整加筋板在轴向压缩下极限强度的经验公式,提出以加筋板柔度和加筋板壳板柔度为变化参数,采用最小二乘法拟合折减系数,得到低温含凹陷损伤加筋板剩余极限强度的经验公式。结果表明,相比于凹陷长度和凹陷深度,凹陷宽度对加筋板极限强度的影响较大;对比分析凹陷损伤加筋板极限强度的经验公式和有限元法的计算结果,误差较小,验证了船冰碰撞凹陷损伤下加筋板的极限强度快速评估方法的准确性。

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。

边缘剪切载荷作用下翻边开孔板的极限强度

开孔广泛应用在船舶和海洋结构,这些开孔主要用于检查,并且适合于管道布置和结构减重等其他用途。开孔的存在降低了结构的强度,因此在结构设计阶段开孔板受到高度重视。在这种情况下,造船厂常采用局部增强的办法使开孔板能够满足结构屈曲和极限强度要求,但对加强开孔板的定量评估工作稍显不足。为了减少结构强度的降低,翻边开孔常作为一种补强方法来实现结构屈曲和极限强度的增加,但目前没有针对具体开孔参数的标准方法或建议。通过一系列数值分析,研究了在边缘剪切载荷作用下圆形翻边开孔参数(开孔半径、翻边长度及角度)对不同厚度翻边开孔板屈曲和极限强度的影响。研究结果可以为实际结构的翻边开孔设计提供参考。

CFRP修复的FPSO点蚀船体梁极限强度分析

采用非线性有限元法对中拱和中垂工况条件下碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)修复的浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)点蚀船体梁极限强度进行仿真分析。对比FPSO的完整船体梁、点蚀船体梁和CFRP修复的点蚀船体梁的中拱极限弯矩和中垂极限弯矩,分析CFRP对FPSO点蚀船体梁的修复效果,并分析胶层失效规律。结果表明,CFRP可为船舶的高效修复提供一种新的方式。

考虑失稳模态型初始缺陷船体舱段极限强度分析

目前通常采用屈曲型初始缺陷求解舱段极限强度,由于屈曲型模态通常以局部变形为主,舱段极限强度结果存在较大偏差。本文提出一种能反映舱段整体变形的初始缺陷引入方法,对比采用失稳模态型与屈曲型初始缺陷计算舱段结构极限强度,结果表明:屈曲型初始缺陷基于舱段跨度计算最大缺陷值时所得舱段极限强度明显偏低,基于加筋板支撑(强横梁)间距计算最大缺陷值时所得舱段极限强度明显偏高;失稳模态型初始缺陷计算所得舱段极限强度与试验结果基本一致,更适用于舱段极限强度分析。根据考虑失稳模态型初始缺陷计算得到的舱段极限强度下应力及变形结果,指出了舱段结构优化的关键部位,并给出相应的优化建议。

极端循环载荷下船体裂纹箱型梁的极限强度

旨在了解箱型梁在极端循环载荷下的极限强度特性。利用非线性有限元方法来研究裂纹箱型梁的极限弯矩,分析了5种裂纹模型,探讨了裂纹类型、裂纹位置和裂纹长度的影响。考虑了两种载荷形式应用生死单元法对双向循环弯曲下裂纹扩展进行了模拟;并将由循环载荷引起的累积塑性损伤和疲劳裂纹损伤均考虑在内。无论单向循环还是双向循环,单裂纹模型的极限弯矩均小于双裂纹模型的极限弯矩;单边裂纹是最危险的裂纹类型。进一步分析了极端循环载荷下裂纹箱型梁的极限强度折减机理,得出了极限强度折减归因于这两种损伤的耦合作用的结论,并通过其他箱型梁验证了其适用性。