随机点蚀对槽钢柱轴压承载力劣化影响分析

目的为了研究随机点蚀对槽钢柱轴压承载力劣化影响,方法制作了带有随机点蚀损伤缺陷的构件,对其进行了轴压试验。结果随着随机点蚀损伤强度DOP的增加,不同损伤区域的损伤构件屈服承载力在逐渐降低,降低幅度达到30%。随机点蚀损伤构件的应变曲线拐点先于无点蚀损伤构件出现。同时在相同荷载情况下,有点蚀损伤构件的应变值均大于无点蚀损伤构件应变值。接着建立了随机损伤构件的数值模型,利用试验结果对模型合理性进行了验证。最后通过验证后的数值模型,对点蚀损伤强度DOP、点蚀坑深度和点蚀坑数量等相关参数进行了讨论。结论数值结果显示,点蚀损伤强度、点蚀坑深度和点蚀坑数量的增加都降低槽钢柱的屈服承载力,并且在相同点蚀数量P和相同DOP情况下,随着蚀坑深度与腹板(或翼缘)厚度的比值J的增加,槽钢柱的屈服承载力均呈现线性下降的趋势。

加筋板的轴压强度受加筋随机点蚀的影响研究

船舶与海洋结构在服役期间会遭受电化学和微生物侵蚀等多种腐蚀环境影响,加筋板作为此类结构的主要受力构件,其表面易产生不规则形态的点蚀,引起构件的强度退化。利用ANSYS有限元软件构建加筋腹板遭受随机点蚀损伤的加筋板有限元模型,研究带板长宽比、带板长细比、加筋长细比和腐蚀体积损失率对加筋板极限强度的影响。研究结果表明,加筋遭受同等腐蚀体积损失率下,带板长宽比变化对极限强度退化的影响很小,但带板长细比和加筋长细比变化产生的影响明显;带板长细比越大,极限强度退化越严重,而加筋长细比越大,极限强度退化反而越小。针对文中研究的加筋板,当加筋长细比为0.2时,腐蚀体积率为14%的随机点蚀导致结构极限强度退化程度达到约14.0%。因此,加筋的随机点蚀损伤会显著削弱加筋板结构的极限强度,其影响不可忽略。

含内部随机点蚀的2D圆环管道模型屈曲研究

通过建立有限元模型分析了内部随机点蚀对外压作用下2D圆环屈曲压力的影响.由于管道内部多相流侵蚀-腐蚀的影响,管道极易在6点钟方向产生内部沟槽腐蚀和点腐蚀,进而导致管道损坏失效.内部腐蚀是造成深海管道损坏失效的重要因素,针对内部随机点蚀对管道屈曲压力影响的问题,将用户自定义的Python程序嵌入Abaqus有限元数值模拟软件进行研究.把管道简化为2D圆环模型,利用Python程序中均匀分布随机数生成器,建立多个随机点蚀圆片模型;根据内部随机点蚀的特点,采用随机数发生器得到在2D圆环内表面3点钟到9点钟方向随机分布的点蚀坐标;在整体坐标系下完成模型装配后,运用Abaqus软件中的布尔切割运算功能建立了含内部随机点蚀的2D圆环有限元模型.使用上述模型研究了外压作用下内部随机点蚀对圆环屈曲压力的影响,模型校准后基于该2D圆环模型开展了参数敏感性分析,研究结果表明椭圆度、径厚比和腐蚀比是影响2D圆环屈曲压力折减系数的主要因素.基于多参数非线性回归分析,建立了椭圆度、径厚比和腐蚀比3个参数对外压作用下含内部随机点蚀2D圆环屈曲压力折减的经验公式.研究结果可为内部随机点蚀作用下的海底管道的极限强度评估和剩余寿命分析提供参考.

随机点蚀损伤钢板的极限强度预测

该文通过构建随机点蚀损伤钢板的数值模型,开展200个模型的非线性有限元分析,研究随机点蚀损伤下,不同长宽比、长细比和腐蚀强度的板极限强度退化规律,揭示上述三个参数对其极限强度的影响;借助人工神经网路的强非线性拟合能力,将三个影响因素作为预测网络的输入参数,将相应的有限元结果作为网络的输出结果,构建一个三层的BP神经网络模型,预测随机点蚀板的极限强度;且利用已有文献的大量数据验证BP模型的预测精度。相同的腐蚀强度下,同一结构尺寸(长宽比和长细比)板的极限强度会由于点蚀的随机性产生明显的变异;板的长宽比和长细比均对板的极限强度有不同程度的影响,且极限强度的退化受结构尺寸和腐蚀强度的联合影响;所构建的人工神经网络模型具有良好的预测精度,其预测误差不超过10%,可用于量化随机点蚀板的极限强度。

局部随机点蚀下圆管截面极限强度退化规律

针对构件外表面局部区域遭受随机点蚀损伤的圆管截面,考虑点蚀随机特性的影响,建立包含点蚀坑细节的精细有限元模型;在多种腐蚀强度下,研究局部腐蚀的点蚀区分布位置(沿轴向和周向分布位置变化)及其形状(点蚀区长度和宽度独立或联合变化)影响轴压极限强度退化的规律;并比较局部随机点蚀与局部均匀腐蚀引起构件极限强度退化的差异。研究结果表明,尽管局部随机点蚀与最大初始几何缺陷的耦合作用会使极限强度的退化趋于严重,但是总体而言点蚀区分布位置变化对圆管极限强度的退化没有显著的影响。此外,同等腐蚀体积和腐蚀面积下,相比于长窄式局部腐蚀,短宽式局部腐蚀会引起更严重的极限强度退化,在严重腐蚀情形下后者导致的强度退化会高出25.5%;相比于局部均匀腐蚀,局部随机点蚀会导致更剧烈的极限强度退化,其不利影响可高出20.7%。

随机点蚀圆钢管柱力学性能试验与应用分析

为研究随机点蚀损伤对圆形钢管柱的力学性能影响,对带有随机点蚀损伤的构件进行了轴压试验,试验中考虑了不同的内径和点蚀损伤强度。结果显示,在文中所选点蚀损伤范围内,随着点蚀损伤强度的增加,点蚀损伤构件的屈服载荷和弹性模量均呈现线性下降趋势;内径越小,点蚀损伤对其屈服荷载和弹性模量影响越大;点蚀损伤强度为4%时,点蚀坑之间环向应变发展明显快于纵向应变发展。利用ANSYS有限元软件分别建立了无损伤构件和损伤构件的数值模型,利用试验结果对数值模型进行校核,最大误差分别为-4.17%、-11.78%,说明文中所建立的数值模型合理。最后,利用该数值模型分析了不同点蚀损伤区域对结构构件力学性能的影响,研究发现当点蚀损伤区位于2L/5~3L/5柱脚处时,构件屈服荷载降低了26.96%,此区域为构件的随机点蚀敏感区。

随机点蚀对Q460等边角钢抗拉性能的影响

为了揭示点蚀损伤对构件破坏模式和极限承载力的影响机理,完善腐蚀角钢构件的力学性能评估体系,基于腐蚀试验数据和数值模拟,提出针对随机点蚀角钢构件的有限元模型构建方法,研究腐蚀损伤体积、蚀坑尺寸和蚀坑分布位置对Q460点蚀等边角钢构件极限抗拉承载力的影响,并根据其极限抗拉承载力劣化规律,采用非线性回归的方式拟合了点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式。结果表明,随机点蚀角钢的极限抗拉承载力退化整体上与腐蚀损伤体积呈正相关,蚀坑半径和蚀坑分布位置对承载力的影响较小,但蚀坑深度和蚀坑分布范围的影响不容忽视,拟合的点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式较刚度折减法和厚度折减法误差更小,准确度较高,可见其适用于点蚀角钢构件极限抗拉承载力的计算,可以应用到实际工程分析中。

随机点蚀损伤钢管在CFRP加固后的抗压性能数值研究

文章主要开展随机点蚀损伤下CFRP加固钢管极限抗压强度的数值模拟研究。首先建立了随机点蚀损伤钢管的有限元数值模型,研究不同随机点蚀损伤对钢管轴向压缩强度的影响,随后对点蚀损伤钢管进行CFPR加固处理,研究CFRP加固后钢管的轴向压缩响应以及渐进损伤机理,证明CFRP对点蚀损伤钢管压缩力学性能的有效改善。

随机点蚀钢框架节点力学性能分析

为研究随机点蚀损伤对钢框架节点力学性能的影响,以损伤体积参数定义节点破坏程度,通过ANSYS建立8个不同损伤程度的钢框架节点试件模型,分别进行梁端单调力和位移循环加载模拟,研究随机点蚀损伤对节点承载力、刚度退化及耗能能力等力学性能指标的影响。结果表明:随着损伤体积的增加,节点屈服荷载、屈服位移及极限荷载均呈现出线性下降趋势,当节点域点蚀蚀穿后,极限荷载较无损试件降低27.95%。位移循环加载下,节点域产生沿对角线方向的屈曲变形,当节点域点蚀蚀穿后,相同位移幅值下,试件耗能量降低最高达25.83%,节点滞回性能严重削弱,且刚度退化明显。

随机锈蚀H型钢柱偏压承载力分析

为了揭示随机锈蚀对H型钢柱在偏压作用下极限承载能力的影响,采用随机有限元方法对随机点蚀钢柱的抗弯承载力的变化规律进行了研究,考虑了轴压比、几何参数以及锈蚀深度对H型钢柱抗弯承载力折减系数的影响;得到了不同几何尺寸下H型钢柱的适用性,揭示了折减系数随锈蚀深度的变化规律,提出了用于预测抗弯承载力折减系数的理论计算公式。结果表明,所提出的理论公式可以准确预测随机点蚀H型钢柱的抗弯承载力,可为评估既有H型钢柱的极限承载力提供理论基础。

圆钢管截面极限强度受随机分布点蚀的影响研究

提出一种随机分布点蚀损伤的模拟方法,模拟点蚀在构件表面的随机生长过程,并建立了随机态点蚀损伤圆管截面的有限元分析模型;设计了三个受不同腐蚀深度点蚀损伤的圆管构件,并开展轴压试验,利用试验结果校验有限元模型的计算精度;在多种腐蚀情形下(点蚀强度和腐蚀深度变化),研究点蚀分布模式变化引起的极限强度退化及其变异性;比较随机分布点蚀模型与传统腐蚀模型(规则分布点蚀和均匀腐蚀)在计算强度和结构失效行为方面的差异。研究结果表明,点蚀的随机分布模式会引起显著的极限强度变异,且蚀坑深度越大,强度变异越大,蚀坑分布造成的强度极差与强度均值相比达到5%;随机分布点蚀相比于传统腐蚀模型,除了引起更为严重的强度削减,还会改变结构的破坏模式。提出的随机点蚀损伤的模拟方法,可替代昂贵的构件试验,应用于评估点蚀损伤圆管截面的极限强度,增强评估结果的可靠性。

点蚀圆钢管混凝土中长柱轴压性能研究

点蚀对钢管混凝土柱服役期间的结构安全有显著影响。首先针对点蚀钢管混凝土柱的轴压性能开展了有限元分析,根据已有的试验结果建立并验证了有限元模型,在此基础上考虑点蚀坑几何尺寸以及蚀坑分布位置的随机性建立了带有随机点蚀的钢管混凝土柱精细化有限元模型。然后开展了有限元参数分析,分析了点蚀深度概率分布、点蚀体积损失率、钢材强度、混凝土强度和构件长细比对构件荷载-挠度曲线的影响。根据体积损失率等效的原则,建立了等效局部均匀腐蚀钢管混凝土柱有限元模型,对比了随机点蚀和均匀局部腐蚀对钢管混凝土柱轴压性能的影响。最后按照体积损失率等效的原则,基于三部国内钢管混凝土计算规程中的计算方法,对点蚀钢管混凝土柱轴压承载力进行计算并与有限元结果进行对比。结果表明:点蚀深度概率分布对构件轴压性能的影响可以忽略;相比于均匀腐蚀,点蚀对钢管混凝土承载力影响更大;使用GB 50936-2014《钢管混凝土结构设计规范》中的计算方法可较为准确且安全地预测点蚀钢管混凝土的轴压承载力,相比之下,GB 50936-2014中的方法可以在保证准确度的基础上有一定的安全性。