船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大。为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作。针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效。然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大。本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系。结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用。研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义。

复杂应力状态下7085铝合金失效破坏试验与数值研究

本文在损伤力学和金属延性断裂理论的框架下,通过设计多种局部细节特征的元件级试验件,研究7085铝合金材料在不同应力状态下的破坏性能。通过试验与有限元分析相结合,建立7085铝合金材料断裂塑性应变与应力状态参数(应力三轴度)间的关系,作为金属材料失效判据。最后,通过接头结构破坏试验,验证失效判据的预测精度,试验与数值仿真结果表明通过本文设计的元件级试验件获取的材料应力三轴度-断裂应变失效判据能有效预测复杂应状态下接头结构的失效行为。

基于HRR场的疲劳裂纹扩展模型研究

针对实际工程中安全性与经济性的需求,基于Hutchinson-Rice-Rosengren(HRR)应力-应变场提出一种Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率预测模型。采用HRR应力-应变场描述裂纹尖端区域的应力应变分布状态,在考虑循环载荷及应变能密度理论的前提下,定义一个裂纹尖端损伤区域;同时,为消除裂纹尖端的应力奇异值问题,建立考虑裂纹尖端钝化效应的钝化半径计算方法;结合RICE的塑性叠加法与塑性应变能失效准则,发展一种Ⅰ型疲劳裂纹扩展速率模型。利用所提LIUX(HRR)预测模型对9种金属材料裂纹扩展速率进行计算,与Pandey(HRR)与CHEN-CAI Rice-Kujawski-Ellyin(RKE)两种裂纹扩展预测模型计算结果进行对比分析。同时,基于R2拟合效果及疲劳裂纹扩展三阶段的不同需求,给出三种预测模型的预测结果,并从安全性、精确性及经济性三方面给出相应的评分。最终结果表明,LIUX(HRR)预测模型适用范围更广,拟合效果更佳,能够更好地满足实际工程中的经济性与安全性的需求。

含腐蚀坑缺陷悬空管道的安全研究

以西一线甘肃段某天然气管线为工程背景,由于土壤长期对管道腐蚀性影响及不良地质作用,含有腐蚀缺陷管道意外产生悬空。利用ASME B31G,DNV RP-F101标准和PCORRC方法对在役含腐蚀坑缺陷悬空管道中允许的腐蚀坑缺陷尺寸进行了确定。基于应变失效准则,建立管道在不同地区的失效判别标准,借助Abaqus有限元分析软件,研究含腐蚀坑缺陷悬空管道的失效位置及腐蚀坑缺陷的长度和深度对管道应力、应变、位移和对管道的安全、极限悬空长度的影响,结果表明,腐蚀缺陷深度系数对管道影响较大,当深度系数k1≥0.4后,管道的安全和极限悬空长度急剧减小,管道极易发生失效。

平头弹丸撞击下薄金属靶板Wen-Jones模型的进一步研究(英文)

针对平头弹丸穿透固支圆形金属薄靶问题,对Wen-Jones模型进行了推广应用。根据前人的研究成果,提出了等效应变失效准则,以预测金属薄靶的穿透。与实验数据的对比表明,新模型的预测结果与有关低碳钢和铝合金的实验结果相吻合。尽管新模型与WenJones模型采用的破坏准则不同,但是两者的预测结果相近。分析发现,当靶板材料的延性足够大时,Wen-Jones模型可看作是新模型的一种特殊情况。