极地物探船冰载荷有限元计算方法

采用LS-DYNA有限元软件建立极地物探船的船-水域-海冰有限元模型,计算得到该型船在设计破冰厚度和设计航速下的冰载荷量和冰载荷时程曲线,并进一步研究冰体单元尺寸对冰载荷计算结果的影响。研究表明,冰载荷最大值随冰体有限元单元尺寸减小而减小。对比相关冰载荷经验公式计算结果,最终确定合理的冰体单元尺寸。研究结果对极地物探船的结构设计和结构安全性评估具有重要意义。

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

基于ABAQUS软件二次开发,建立平板对接焊试件焊接残余应力及其释放的有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算3种焊接速度下的焊接残余应力分布,并研究了3种焊接速度下初始焊接残余应力在3种拉伸循环载荷作用下的释放情况。随着焊接速度的增加,沿试件深度方向的初始横向焊接残余应力明显下降。在相同外载荷作用下,随着焊接速度的降低,焊接残余应力释放水平提高、释放量增加。随着焊接速度的增加,第一次循环残余应力的释放量占循环50次后残余应力释放总量的比例增加。

极地船舶冰带区域关键节点研究

结合某极地物探船的舷侧结构和冰载荷的作用特点,选取艏部冰带区域的4类典型节点,分别研究各节点的不同形式和设计尺寸。在局部有限元模型中逐步添加8种形式的节点子模型,通过比较各种节点在冰载荷作用下的结构响应,筛选出最优的节点形式,同时完成冰带区域结构强度分析。研究成果可供其他极地船舶冰带区域关键节点的设计与建造参考。

AH36船用高强钢焊接残余应力释放的数值模拟与试验分析

为了解焊接残余应力及其释放规律,基于顺序耦合热力学有限元方法对ABAQUS软件进行二次开发,模拟平板对接焊的焊接过程,计算焊接残余应力分布及其在0.8σ_s循环拉伸载荷作用下的释放情况,同时开展相应的试验研究,验证有限元计算方法的有效性。讨论循环载荷大小对残余应力释放的影响,计算3种不同水平载荷下焊接残余应力释放情况,得出AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,通过对比有限元计算结果与试验结果,表明残余应力释放公式具有较好的计算精度,可以用于估算不同载荷作用后焊接残余应力的释放。

考虑焊接残余应力释放的结构疲劳寿命分析方法研究

焊接残余应力对于焊接结构的疲劳寿命产生很显著的影响,同时循环载荷作用下焊接残余应力会出现释放现象,因此有必要对焊接件疲劳寿命预测方法进行研究。基于改进的McEvily疲劳裂纹扩展速率模型,同时结合课题组研究得到的AH36钢对接焊平板残余应力释放计算公式,提出考虑焊接残余应力释放的结构物疲劳寿命计算方法。随后,以潜艇锥柱耐压壳的疲劳为例,详细阐述了本文提出的疲劳寿命分析方法的计算流程。考虑耐压壳焊接顺序影响,分析了含半椭圆表面裂纹的锥柱耐压壳疲劳寿命。对比文献的试验结果,表明焊接结构疲劳寿命计算公式有较好的预测效果,可以用于评估带表面裂纹焊接件在拉伸循环载荷作用下的疲劳寿命。

基于冰载荷数值模拟的极地船舶冰致疲劳计算

极地船舶在冰区航行时,其船体结构所受冰载荷经常会出现逐渐加载之后断裂卸载,再逐渐加载的周期性特点。这种往复循环的冰载荷与极地的低温环境共同作用,会加剧船体结构的疲劳问题。由此,为了准确评估冰载荷引起的船体结构疲劳损伤,以一艘极地物探船为研究对象,采用有限元方法获得船体上的冰载荷曲线,通过线性转化和Goodman修正等方法将该载荷曲线转化为疲劳计算所需的应力循环,并基于S-N曲线和疲劳线性累计损伤理论对该极地物探船进行冰致疲劳损伤评估。计算结果表明:该极地物探船冰带区域的舷侧纵桁与横舱壁交界位置最易产生冰致疲劳,冰载荷引起的极地物探船冰带区域关键节点的疲劳损伤满足设计要求;冰载荷引起的极地船舶疲劳损伤不可忽略。

边界约束对焊接残余应力及其释放的影响分析

采用热弹塑性有限元方法对AH36船用高强度钢对接焊的残余应力进行数值计算,获得了焊缝区域2条路径方向上的纵向残余应力和横向残余应力分布。分析焊接过程中板材不同边界约束对于焊接残余应力的影响,并与试验结果对比。计算结果表明,2条路径上的横向焊接残余应力均受边界约束影响较大,且约束越强残余应力越大;纵向焊接残余应力受边界约束影响与横向残余应力相反,约束越强残余应力越小。随着边界约束增强,加载同样循环次数,无论横向还是纵向焊接残余应力释放程度增加,第一次循环释放量占总的50次循环释放量比例逐渐增加。