船用夹层板芯材的动态力学性能实验研究

基于分离式霍普金森压杆实验装置,对船用夹层板系统(SPS)的芯材-聚氨酯弹性体的动态力学性能进行了实验分析。在实验满足一维、均匀性的前提下,计算得到了聚氨酯弹性体在不同应变率下的应力—应变关系,讨论了试样尺寸对结果的影响;考虑聚氨酯弹性体不同于金属的动态力学性能,以及准静态力学性能与动态力学性能的差异,确定运用朱—王—唐(ZWT)方程描述聚氨酯弹性体的本构关系,能够准确反应聚氨酯弹性体的非线性粘弹性特性,拟合结果与实验结果吻合较好。     

CCS-B船用钢的动态力学性能探究

采用分离式Hopkinson压杆实验设备,对CCS-B船用钢试件进行了3种不同冲击压力作用下的冲击试验,通过自编程序,得到入射波、反射波和透射波的起点,由三波法计算得到了不同应变率下材料的动态力学性能曲线。通过与材料的静态力学比较分析,表明CCS-B船用钢在中高速冲击载荷作用下,其屈服强度具有应变率敏感性;比较了不同冲击速度下材料的动态力学性能,结果表明材料力学性能与高应变率具有相关性,即材料的屈服强度随应变率的增加而增大。     

船用917钢抗冲击性能试验

无论金属材料或是非金属材料,其力学性能都是与应变率相关的.由于应变率历史效应以及在高速变形条件下产生绝热剪切带等不稳定性因素,使得材料对于高应变率响应的问题变得十分复杂,而一些实验方法则起到了重要作用.材料的本构关系是与水下爆炸等现象仿真研究的精度直接相关的,材料在高应变率下本构关系的确定,对水下爆炸等产生高应变率现象进行仿真研究具有重要意义.本文通过Hopkinson杆装置对船用917低磁钢进行了抗冲击性能研究,并由试验给出了仿真研究中适用的本构关系.     

火灾爆炸作用下921A钢力学性能及本构关系

采用万能试验机和霍普金森压杆(SHPB)系统,对火灾爆炸下921A钢高温力学性能及动态力学性能进行研究。基于试验数据,分别拟合Johnson-Cook本构模型、Cowper-Symonds本构模型,修正Cowper-Symonds模型应变硬化项,并通过试验验证了有效性。参考Johnson-Cook本构模型温度项耦合方法,建立综合考虑温度软化效应和应变率强化效应的921A钢本构模型。     

船用钢/聚氨酯夹层板动态压缩本构关系研究

基于Ansys/LS-DYNA对SHPB实验技术进行了数值模拟,分析了不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板在多种应变率下的动态压缩力学性能,在此基础上分别基于ZWT模型和Johnson-Cook模型建立了此类夹层板的动态压缩本构方程,并对2种方程进行对比分析。研究表明,钢/聚氨酯夹层板对应变率非常敏感,屈服强度随应变率的增大而显著提高;基于Johnson-Cook模型构建的钢/聚氨酯夹层板动态压缩本构方程能比较精确的描述不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板在高应变率下的应力应变关系,方程具有一般性且精度较高。     

450MPa级船用钢冲击实验研究及Cowper-Symonds本构模型

应用SHPB实验技术,对450MPa级船用钢进行冲击实验研究,建立了材料的Cowper-Symonds本构模型.冲击实验发现,450MPa级船用钢的动态流动应力在变形过程中,具有二次非线性强化规律、存在强化转折点.当材料的变形小于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而增大;当材料的变形大于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而减小.文中还对Cowper-Symonds本构模型的适用范围进行了讨论.     

1Cr18Ni9Ti钢的抗冲击性能实验研究

材料本构关系的准确程度对结构数值仿真分析的结果影响很大。对于受冲击载荷的金属结构,材料特性还与应变率关系密切。通过分别采用Hopkinson压杆实验系统与WDW3050微控电子万能试验机进行了1Cr18Ni9Ti钢的动态与静态性能测试,得到了本构方程的表达式,为后续的结构抗冲击仿真分析提供了较为准确的数据。     

数值仿真中单元密度对材料失效应变的影响

对普通船用低碳钢拉伸实验进行数值校准计算,确定用于数值仿真计算中的材料最大失效应变参数。通过改变有限元网格大小,确定不同网格密度对应的材料失效应变与工程断裂应变的关系,绘制了数值计算中材料失效应变的修正系数α曲线。     

一种橡胶材料超弹本构等效试验方法

为解决试验室条件不足、等轴拉伸试验开展困难等问题,根据单轴压缩与等轴拉伸等价关系,开展橡胶材料单轴拉伸和等效等轴拉伸本构试验,拟合得到最接近试验结果的2阶多项式本构模型参数,对比船用橡胶减振器静变形的有限元计算结果和试验结果发现,该本构模型可较好地描述橡胶减振器的力学性能。     

基于低速Taylor杆实验的应力波效应对船用低碳钢损伤特性的影响

Taylor杆常被用于确定材料动力学行为和损伤特性的常用实验。文章开展了低碳钢的霍普金森压杆实验和缺口拉伸实验,并基于J-C模型和B-W损伤模型确定了船用低碳钢的动力学特性。开展了150-250 m/s速度内的Taylor杆撞击实验的仿真,划分了应力波不同效应的4个阶段,确定了大塑形变形、延性损伤和剪切损伤等3种典型损伤模式。该文为确定船用钢在爆炸冲击载荷下的损伤特性提供了参考。     

盐水入侵与干湿交替共同作用下船闸金属结构腐蚀特征研究

河口船闸金属结构服役于盐水上溯入侵及船闸在运行过程中由于频繁灌泄水而产生的高频干湿交替腐蚀环境，船闸金属结构(闸阀门、系船设施等)在该特殊环境下的腐蚀特征尚未知。通过开展盐水高频干湿交替下钢试样腐蚀试验，分析不同氯盐浓度、干湿制度下钢试样腐蚀形貌、腐蚀速率的变化规律。在此基础上，开展聚氨酯、环氧煤沥青、氯化橡胶防腐涂料在该特殊腐蚀环境下的适应性研究。结果表明：盐水高频干湿交替作用会显著加速钢材的腐蚀速率，其加速程度随干燥时间的增大有所减小；碳钢在盐水高频干湿交替环境中的腐蚀速率为淡水环境的5.0～6.0倍，为海洋潮汐环境的1.5～2.0倍。根据各类防腐涂料在上述特殊腐蚀环境下的宏观形貌及附着力指标实测值，结合技术经济分析，建议采用氯化橡胶类涂料作为河口船闸金属结构的防腐材料。     

Towards a unified methodology for the simulation of rupture in collision and grounding of ships

The aim of the work is the definition of a procedure for the numerical simulation of the response of ship structures under accidental loading conditions, which suffer various different modes of failure, such as tension, bending, tearing and crushing and in particular to investigate the effect of material modeling, i.e. material curve and rupture criterion as well as mesh size and strain rate effect on the results. To this end, different material models and simulation techniques were used for the simulation of eighteen indentation tests conducted by different research groups. The simulations were performed using the explicit finite element code ABAQUS 6.10-2. The tests refer to the quasi-static and dynamic transverse and in-plane loading of various thin walled structures which represent parts of a ship structure. Three rupture criteria are incorporated into VUMAT subroutine, which interacts with the explicit finite element code and refers to an isotropic hardening material that follows the J₂ flow theory assuming plane stress conditions, in order to investigate the prediction and propagation of rupture. The focus is on investigating whether it is possible to define a unified methodology, which is appropriate for the simulation of all different tests. Consistency in the numerical results is observed with the use of an equivalent plastic strain criterion, in which formulation a cutoff value for triaxialities below −1/3 is included.     

低周疲劳损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响

为了分析低周疲劳累积损伤对老化船舶结构剩余极限强度的影响,应用连续介质损伤力学方法,将损伤耗散余势和塑性应变理论相结合,建立船舶结构剩余极限强度低周疲劳累积损伤模型,得到老化船舶结构极限强度随低周疲劳累积损伤衰减的规律.运用此模型,给出船舶常用Q235钢材和45钢材剩余极限强度随低周疲劳累积损伤衰减规律的工程应用经验关系式,验证了方法的合理性和实用性,为进一步分析低周疲劳对老化船舶结构极限强度的影响奠定了基础.     

船楼端部侧壁开口对其参与总纵弯曲影响实验研究

对带较长船楼上层建筑的船体立体分段钢质模型进行了弯曲试验，分别研究了以下三种结构状态下，船楼结构参与船体总纵弯曲时的应力分布：(1)完整船楼；(2)切除船楼端部侧壁板和纵向骨架，保留肋骨框架；(3)仅将船楼端部侧壁板切割分离，保留纵横骨架。得出了较长船楼端部侧壁板切割分离可大大减小船楼上层建筑参与船体总纵弯曲的程度，以及船楼端部开口后船楼上层建筑长度可取为开口内侧之间的长度等有价值的结论。     

Energy dissipation in high-energy ship-offshore jacket platform collisions

Ship collisions with offshore structures may be characterized by large amounts of kinetic energy that can be dissipated as strain energy in either the ship, or the installation, or shared by both. In this paper a series of FE numerical simulations are performed with the aim of providing a clearer understanding on the strain energy dissipation phenomenon, particularly upon the ship-structure interaction. Ships of different dimensions and layouts are modelled for impact simulations. Likewise, three platform jacket models of different sizes and configurations are considered. The collision cases involve joints, legs, and braces and are simulated for several kinetic energy amounts of the vessels and different impact orientations. An overview of the plastic deformation mechanisms that can occur in both ship and jacket structure is also given. The results from the various models with different collision scenarios are compared in terms of the strain energy dissipation with respect to the different ship/installation strength ratios. From the FEA simplified approaches are also derived in terms of the relative stiffness of the two structures for assessing the responses and energy absorptions of the two structures. The conclusions drawn from this study can be applied to a broader range of collision assessment of offshore steel jacket platforms subjected to high-energy ship impacts.     

探路、开路、筑路——为创立世界修船业共生时代再出发

中国修船业在国家改革开放的浪潮中,经历了三十多年的快速发展,如今已稳居世界修船大国的国际地位,而中国修船企业正在引领世界绿色修船科技的进步,也引起了国际修船业的高度关注.然而,在人类社会生态环境面临严峻挑战的当下,作为世界贸易和港口经济重要组成部分的修船产业,如何形成发展新格局,从生态层面推进绿色、低碳、数字"一体化"...     

静水中并行两船水动力干扰数值研究

为比较分析单船与两船并行航行的水动力差异,探讨静水中两船并行时漂角、船船相对位置对船体阻力、侧向力及摇首力矩的影响规律,文章基于RANS方程采用SST k-棕湍流模型,数值分析了某两船静水并行时船船相互作用。研究表明：不同漂角下两船中对中并行时,船体所受阻力均较单船航行时有所增大且受到指向两船中间的附加侧向力;当两船并行斜航的漂角相反时,同一船舶位于迎流侧较背流侧时船体受力存在一定差异;两船并行直航时,船船相对位置对船体受力有较大的影响,当两船纵向间距小于一倍船长时,船船相互作用较为显著,在不同横向间距下,船体受力随纵向间距的变化规律相同,在一定纵向间距下,船间横向间距越小船船相互作用越强。     

失效准则在船舶碰撞破坏中的应用研究

船舶结构冲击破坏一直都是学者们研究的重点,而碰撞破坏是船舶结构在生命周期内最有可能遭受的冲击破坏形式。因为船舶惯性质量大,在很低的速度下,碰撞也会造成船舶损毁的严重后果。作为判定结构是否失效的关键依据,失效准则对碰撞仿真分析结果的准确性有着至关重要的影响。本文针对典型的船体双层壳结构,结合试验数据,对比尖刀型撞头碰撞仿真下双层壳结构的塑性变形,对碰撞有限元模型及材料本构参数进行验证。在此基础之上重点研究GL、RTCL和JC工程上3种常用金属延性失效准则在碰撞破坏仿真分析中的应用。结果显示:板壳结构在碰撞载荷下,撞击中心的应力三轴度在0.3~0.6之间,考虑应力三轴度的RTCL和JC失效准则更能真实反应板的撞击破坏。而船舶碰撞多属于低速碰撞,应变率效应影响较小。