大型箱体浮式结构拖带动力响应物理模型试验研究

为研究大型箱体浮式结构在海上运输过程中的作业安全问题,开展了正常作业条件下浮式结构拖带时的水动力响应物理模型试验,以不规则波浪荷载作用下浮式结构的六自由度运动量为主要研究对象,从各运动量谱的演变规律出发,探讨了在不同有效波高、平均波周期和拖带速度情况下浮式结构的运动响应。结果表明:迎浪拖带时,纵摇与垂荡两自由度对不规则波浪荷载响应较为稳定,且对平均波周期和拖带速度较为敏感;随着平均波周期增大,两者的运动量谱从多峰谱过渡为单峰谱,谱形逐渐规则且束窄,谱峰频率与波浪谱峰频率接近,相对谱峰频率在1左右且随着平均波周期增大而增大;随着拖带速度增大,垂荡运动量谱的谱形逐渐尖陡,谱峰密度、相对谱峰密度均增大,水动力响应加剧;垂荡最大可能距离和最大可能纵摇角度均随有效波高增大而增大,最大可能纵摇角度随拖带速度增大而减小。

钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在名义正应力荷载条件下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对焊缝在名义剪切应力下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的2组板材试件,采用高频疲劳试验机进行常温剪切疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现:该文试验中的2类焊接试件的疲劳试验结果具有非常大的离散性。由中国钢结构规范GB 50017—2017得到的200万次下的疲劳强度值比侧面角焊缝试验拟合曲线计算得到的值小,两者曲线吻合较好;正面角焊缝试验所得疲劳强度高于各国规范;正面角焊缝接头抗剪切疲劳强度高于侧面角焊缝接头;正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明:现有中国规范评价侧面和正面角焊缝剪切性能都偏于安全,但是使用规范推荐的曲线评估侧面角焊缝剪切疲劳性能较为合适。

建筑钢材微观损伤模型的韧性参数校正

Q235B和Q345B钢材在中国建筑领域应用广泛,但却缺乏该类钢材的微孔扩张模型(VGM)和应力修正临界应变(SMCS)模型等微观损伤模型韧性参数,且关于断裂方面的研究缺乏监测到钢材断裂时刻的应力与应变,而无法正确对韧性参数进行校正.笔者取材自母材、热影响区、焊缝区的3种Q235B和Q345B钢材,加工了36个缺口圆棒试件,通过系列单轴拉伸实验,获得了Q235B和Q345B钢材的VGM和SMCS模型韧性参数,然后利用有限元计算VGM模型和SMCS模型对Q235B和Q345B钢材韧性断裂的预测效果.结果表明:VGM模型和SMCS模型对Q235B钢材破坏荷载的预测程度可以控制在25%,以内,对Q345B钢材的预测可以控制在10%,以内,两种模型对破坏荷载的预测程度精准于对破坏位移的预测程度.

钢结构角焊缝低温抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在常温下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对构造细节在低温下的疲劳性能研究较少。为此,以 Q345B 钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的两组板材试样,采用高频疲劳试验机在 0 ℃、 20 ℃、 40 ℃下进行低温疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现:对于侧面角焊缝试样而言,低温会提高构造细节的疲劳寿命,而低温对正面角焊缝试样的影响并不明显。低温下的正面角焊缝抗疲劳强度高于侧面角焊缝。正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明:低温对于不同的构造细节形式的节点疲劳寿命的影响没有统一的结论,有待更多试验进行研究并分析。

建筑结构钢材及其焊缝循环本构模型的实验研究

为研究钢结构的超低周疲劳断裂问题,探究钢材的循环本构关系,使用普通钢Q235B和Q345B共18个标准圆棒试件,采用等幅循环加载,研究试件滞回性能、破坏形态和损伤退化特性,在Chaboche本构模型的基础上,利用实验滞回曲线,标定了Q235B和Q345B钢材本构模型的参数,并利用ABAQUS对实验结果进行有限元模拟.通过混合强化材料实验研究表明,Q345B钢材及其焊缝在低周往复加载时的耗能能力要高于Q235B钢材及其焊缝,采用Chaboche本构模型可以准确地模拟钢材的循环滞回特性,有限元与实验结果比对较吻合,为预测钢材循环往复韧性断裂提供了可行办法.

建筑结构钢材及其焊缝循环微观损伤模型的韧性参数校正分析

为预测Q235B和Q345B钢材循环荷载作用下的断裂,该文以适用于超低周疲劳断裂预测的微观力学模型退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环孔穴扩张模型(CVGM),进行缺口圆棒循环加载试验,并结合有限元软件ABAQUS,校正Q235B和Q345B普通钢材基于微观机理的超低周疲劳断裂预测模型参数。试验分别从Q235B和Q345B母材、焊缝熔敷金属及热影响区取样并加工成缺口圆棒,在两种加载制度条件下,进行超低周循环加载试验,并利用有限元对钢材断裂进行预测。研究结果表明:Q235B钢材较Q345B钢材表现出了较好的延性,但耗能总体弱于Q345B钢材;CVGM模型的预测比DSPS模型预测更加精准,在C-PTF加载制度下微观损伤模型预测程度好于CTF加载制度。CVGM模型与DSPS模型均可较准确预测循环荷载下的断裂。

Ti-6Al-4V疲劳小裂纹扩展速率研究

针对金属材料疲劳小裂纹扩展特点,在改进疲劳寿命预报统一方法的基础上对裂纹长度及小裂纹门槛值进行了进一步修正,提出了金属材料疲劳裂纹扩展预报修正模型,着重对钛合金Ti-6Al-4V的疲劳小裂纹扩展行为进行了预报研究,对比参考文献中的试验结果,验证了预报结果的可靠性.研究结果表明,该修正模型对Ti-6Al-4V疲劳小裂纹扩展速率具有较好的预报能力.

风帆助力船风帆处局部强度分析

针对新型风帆助力船风帆处局部强度安全问题,以某散货船为研究对象,利用有限元软件对风帆安装舱段进行了局部强度计算分析,得到各结构响应,并据此提出了增加甲板厚度和增加风帆相邻肋位处甲板横梁两种风帆局部强度加强方案,并着力分析了两种方案的利弊.从而保证了风帆助力船的安全性、经济性,为风帆助力船设计提供参考.

钛合金疲劳小裂纹扩展行为预报方法研究

针对小裂纹扩展阶段裂纹尖端塑性区域尺寸相对于小裂纹长度是不可忽略的问题,在考虑小裂纹效应裂纹扩展速率修正模型基础上,对该模型中裂纹尺寸进行修正,即裂纹长度等于真实裂纹长度加上平面应变状态下裂纹尖端塑性区域一半;并利用修正后的模型对钛合金材料不同情况下疲劳小裂纹扩展速率和寿命进行预报,同时将预报结果与试验值比较。结果表明:修正后的预报模型对小裂纹扩展速率和寿命均有很好的预报效果。

拖船拖钩系统局部强度有限元分析

拖船作为一种工程船舶,主要对没有动力或不宜使用动力的海上设施进行拖曳作业。拖船作业方式按水域可分为港口拖曳和开放水域拖曳,开放水域拖曳又可分为应急拖曳和正常拖曳。拖船在拖曳时拖钩系统承受很大的作用力,因此拖钩系统结构局部强度是拖船设计公司所关注的,然而,通过计算可以发现,拖曳系统下方的甲板纵桁在拖曳过程中具有较高的应力水平,因此对拖船甲板纵桁的合理设计也至关重要。本文对正常拖曳情况下拖船缆柱、缆桩和T型材甲板纵桁进行强度分析,并对响应结构进行结构优化,从而使拖钩系统强度满足规范要求。

Q345qD对接焊缝疲劳性能及断裂机理试验研究

为了对钢桥焊接细节进行疲劳寿命评估,分别采用标准圆棒试件和沙漏型光滑试件进行静力拉伸试验和成组轴向拉伸疲劳试验,引入存活率和置信度得到了具有概率水平保证的安全疲劳寿命曲线,并针对焊接接头疲劳寿命离散性较大的现象,进行微观层面的硬度测试和疲劳断口电镜扫描试验,研究焊缝试件过早萌生疲劳裂纹的微观机理。试验结果表明:Q345qD对接焊缝的疲劳性能较好,随应力水平下降疲劳寿命显著提高,并给出了寿命随应力水平变化的拟合式;本批次Q345qD对接焊缝疲劳强度远远超过相同构造的规范取值,持久疲劳极限在S_(max)=260 MPa附近;焊接热输入对焊缝组织有较大影响,热影响区硬度波动明显,组织不均匀和焊接缺陷是导致低应力水平过早疲劳断裂的主要原因。