复合材料加筋板-钢板连接结构静力试验与数值分析

针对复合材料上层建筑与钢制主船体的连接问题,开展了复合材料加筋板与钢制围槛板连接结构力学特性的试验和仿真研究。首先设计并制作了两型复合材料加筋板-钢板连接结构模型;然后通过试验研究,对两型连接结构的弯曲刚度和强度特性进行了测试和对比分析;最后基于有限元仿真对两型连接结构在线性加载阶段的应变及初始失效载荷进行计算,并通过与试验结果对比,证明了仿真方法的正确性。通过研究,得出了典型工况下两型连接结构的静刚度、强度特性、失效模式和薄弱环节,可为复合材料上层建筑与主船体连接结构的设计与工程应用提供指导。     

复合材料板与钢板胶接、螺接与混合对接接头的力学特性研究

对6种不同的复合材料板与钢板的连接接头,即单盖板胶接、螺接、混接,以及双盖板胶接、螺接、混接的连接接头进行了静力拉伸试验与数值研究。静力试验获得了接头的失效载荷、载荷-位移曲线以及失效模式,通过对比发现接头的承载能力与接头形式有很大关系。采用有限元方法获取了胶接接头中胶层应力分布,并研究了接头各设计参数如搭接长度、胶层厚度等对接头强度的影响规律。     

不同载荷形式下复合材料层合板渐进失效行为研究

近年来复合材料在船舶与海洋工程领域得到快速发展。船舶在服役周期内受载复杂,主要承载板材除受典型的面内拉压外载外,免不了遭受横向波浪载荷作用。研究复合材料层合板在不同载荷形式下结构的响应特征与损伤演化特性,有助于先进复合材料的性能评估及优化设计。本文采用三维实体单元及内聚力单元建立复合材料层合板模型进行计算分析,考察拉压载荷下层合板的极限承载能力与渐进失效过程,研究在横向载荷下层合板结构强度,对比分析其层内及层间损伤模式的差异性。     

船舶复合材料上层建筑概念设计及力学行为研究

针对船舶轻量化的发展需求,以轻质复合材料夹芯结构作为上层建筑的基础板材,以船用复合材料T形连接和y形连接作为设计节点,通过局部设计节点与基础板架的有机组合完成集成式船舶复合材料上层建筑的概念设计.分析船舶上层建筑的多种受载形式,研究其在波浪环境中联合载荷作用下的力学行为表征和宏观响应特性,预报复合材料上层建筑与主船体之间的相互作用及其对船舶总纵弯曲的贡献效率,为船舶复合材料上层建筑的优化设计、可靠性和安全性分析提供有益参考.     

船舶复合材料上层建筑概念设计及力学行为研究

针对船舶轻量化的发展需求,以轻质复合材料夹芯结构为上层建筑的基础板材,以船用复合材料T形连接和Y形连接作为设计节点,将局部设计节点与基础板架有机组合实现集成式船舶复合材料上层建筑的概念设计。分析船舶上层建筑的多种受载形式,研究其在波浪环境中联合载荷作用下的力学行为表征和宏观响应特性,预报复合材料上层建筑与主船体之间的相互作用及其对船舶总纵弯曲的贡献效率,为船舶复合材料上层建筑的优化设计、可靠性和安全性分析提供有益参考。     

腹板开孔的H型梁在压弯载荷下的失效行为和强度试验研究

腹板开孔的H型钢梁在船舶,航空器和海洋平台结构作为受弯构件被广泛运用。已有众多文献报道过关于腹板开孔梁遭受腹板卷曲破坏的情况,但腹板开孔加强遭受面板屈曲的情况未有详尽调查。因此文中开展6组试件的试验研究来调查腹板开孔的H型梁的失效行为和极限承载力,结果显示开孔影响了试件屈曲波的长度和数量。该研究结果可用于几何尺寸相似的实际结构。     

S2/430LV复合材料拉——剪疲劳材料许用值试验

面内纵横剪切强度是衡量复合材料层合板强度特性的重要指标之一,而S2/430LV复合材料是目前较为常用的一种典型舰用复合材料体系。首先,依据规范GB/T 3355-2005开展±45°面内拉—剪强度试验研究,测试结果表明,在拉—剪载荷作用下,S2/430LV复合材料的载荷/位移曲线存在两阶段和弧形过渡区特征。取初始损伤后的线性段与弧形段的切点为剪切强度的基准点(对应剪切强度为τB),分别选取不同折减系数下的载荷值来开展拉—剪疲劳特性、疲劳承载后剩余刚度和强度试验研究。结果表明:计及机械疲劳承载时,S2/430LV复合材料面内剪切强度材料许用值的折减系数可取为0.75。该结论对舰艇复合材料结构可靠性设计与分析具有重要的参考意义。     

复合材料层合板螺栓连接接头极限强度分析

对基于不同渐进失效准则计算复合材料层合板螺栓连接接头极限承载力的高精度预报方法展开研究。基于Abaqus有限元软件,采用USDFLD子程序对接头进行渐进失效分析。分别采用最大应力准则、蔡-希尔失效判据、霍夫曼失效准则、蔡-吴失效准则、哈辛失效准则等5种失效准则进行数值计算。建立不同的场变量描述纤维、基体、界面的损伤状态,研究复合材料层合板螺栓连接接头在拉伸载荷作用下的损伤发展过程。研究表明,基于这5种失效准则计算的有限元仿真结果均与试验值较为接近,其中采用纤维失效和基体失效分开考虑的哈辛失效准则计算的复合材料层合板螺栓连接接头的极限强度与试验结果的准确度吻合最好,较适用于复合材料螺栓连接结构的有限元仿真。     

复合材料螺栓连接结构数值模拟研究

在实际工程中,复合材料结构连接方式常采用机械连接形式(螺栓或铆钉)来连结复合材料构件和金属构件,而其中尤以螺栓连接更为常见.如何运用有限元软件模拟螺栓连接结构是仿真计算的关键.本文采用ANSYS软件,建立了复合材料螺栓连接结构的三维有限元模型,采用不同的边界处理方法对该结构进行数值模拟,得到复合材料螺栓孔处的载荷,并将数值计算结果与试验数据比较,探求出了该结构螺栓孔处载荷数值模拟方法.采用接触+耦合的边界处理方式不仅能较准确的模拟复合材料螺栓连接结构,而且计算时间远小于完全采用接触时的计算时间,大大提高了工作效率.     

纤维增强复合材料螺栓连接性能试验研究

依据复合材料连接测试标准ASTM5961,通过试验对比分析复合材料单向板试件采用3倍孔边距开孔螺栓连接、孔内预埋金属套筒件螺栓连接、层间预埋环形金属件螺栓连接3种形式的连接强度及破坏形式。3种连接形式试件的破坏形式都是挤压破坏,表明3倍孔边距可实现复合材料层合板螺栓连接最大承载力。带有预埋件的连接结构的承载能力较强,尤其是钢板预埋件的连接结构,其承载能力约为其他2种连接形式的3倍,不考虑重量因素是一种连接强度和可靠性高的螺栓连接方式。     

焊接诱导的残余应力对加劲板轴向极限强度影响的简化模型研究（英文）

The present work investigates the compressive axial ultimate strength of fillet-welded steel-plated ship structures subjected to uniaxial compression, in which the residual stresses in the welded plates are calculated by a thermo-elasto-plastic finite element analysis that is used to fit an idealized model of residual stress distribution. The numerical results of ultimate strength based on the simplified model of residual stress show good agreement with those of various methods including the International Association of Classification Societies(IACS) Common Structural Rules(CSR), leading to the conclusion that the simplified model can be effectively used to represent the distribution of residual stresses in steel-plated structures in a wide range of engineering applications. It is concluded that the widths of the tension zones in the welded plates have a quasi-linear behavior with respect to the plate slenderness. The effect of residual stress on the axial strength of the stiffened plate is analyzed and discussed.     

A Simplified Model for the Effect of Weld-Induced Residual Stresses on the Axial Ultimate Strength of Stiffened Plates

The present work investigates the compressive axial ultimate strength of fillet-welded steel-plated ship structures subjected to uniaxial compression, in which the residual stresses in the welded plates are calculated by a thermo-elasto-plastic finite element analysis that is used to fit an idealized model of residual stress distribution. The numerical results of ultimate strength based on the simplified model of residual stress show good agreement with those of various methods including the International Association of Classification Societies (IACS) Common Structural Rules (CSR), leading to the conclusion that the simplified model can be effectively used to represent the distribution of residual stresses in steel-plated structures in a wide range of engineering applications. It is concluded that the widths of the tension zones in the welded plates have a quasi-linear behavior with respect to the plate slenderness. The effect of residual stress on the axial strength of the stiffened plate is analyzed and discussed.     

四边形蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。以某舰船中部双层船底一个纵桁和肋板间距的船底板架单元为基础,在保证夹层板总质量、主尺寸与原板架相同的前提下,建立一系列夹层质量不同的四边形蜂窝夹层板模型。利用仿真算法,从结构损伤、能量吸收的角度分析其抗爆与抗冲击性能。对四边形蜂窝夹层板进行优化分析,得到一种优化模型。     

The ultimate strength of doubler plate reinforced Y-joints under compression loading

It is common practice in the offshore industry to solve the punching shear problem due to compression by using doubler plate. The finite-element method is a useful tool for studying this problem. The aim of this paper is to study the static strength of doubler plate reinforced Y-joints subjected to compression loading. The finite-element method is adopted in numerical parametric studies. The individual influences of the geometric parameters βand τd （ doubler plate to chord wall thickness ratio） and ld/d1 （ dubler plate length to brace diameter ratio） on the ultimate strength are made clear. The results show the size of plate may have important effects on the strength of reinforced joints. It is found that the ultimate strength of Y-joints reinforced with appropriately proportioned doubler plates can be greatly improved nearly up tothree times to un-reinforced Y-joints.     

船用胶粘剂粘接工艺

某新型常温固化船用胶粘剂粘合强度,技术指标要求≥1.5 MPa,为了实际应用该胶粘剂,研究了胶粘剂的粘接工艺。以胶粘剂粘接钢/橡胶拉伸试样为对象,研究了不同施压载荷和时间对粘合强度的影响。在固定施压载荷和时间的条件下,对单位面积胶粘剂用量与粘合强度的关系进行了研究。结果表明,在施压压力0.18 MPa、施压时间5 h条件下,将单位面积胶粘剂用量控制在(21.64～59.43)g/m2(双面),其粘合强度可满足技术指标要求。     

脆性冰与加筋板接触的近场动力学模拟

文章应用了一种被称为近场动力学的无网格方法来模拟层冰与加强板的接触过程。介绍了键型近场动力学的基本理论和数值方法。为了描述物体连续或不连续区域,近场动力学采用了统一空间积分—时间微分方程。短程排斥力用来描述属于不同物体内的物质点之间的相互作用力。考虑到冰的拉伸压缩强度的不同,数值模型中采用了一种弹脆性的本构模型。通过将近场动力学模拟结果与实验对比来确定应用近场动力学方法模拟冰—结构相互作用的可行性与准确性。数值模拟的冰力与冰载荷分布与实验数据和船舶设计假定一致。     

船体桁材开孔后的极限强度研究

采用非线性有限元直接计算方法,对轴向受压船体桁材开孔后的极限强度进行系列结构计算分析,并基于有限元数值分析结果,提出轴向受压船体桁材开孔后的极限强度的预报公式.计算结果比较表明,该公式更为合理,其预报具有较高精度.     

Load-bearing characteristics of marine complex sandwich composites considering unequal elastic modulus in tension and compression

The panel and core materials of sandwich composite usually have the characteristics of unequal elastic modulus in tension and compression. However, in the numerical calculation of sandwich composite, it is usually considered as the material with the same tensile modulus or compression modulus, which often leads to larger calculation errors. The test results show that when the elastic modulus of tension and compression is about 10 times different, the maximum calculated stress and maximum deflection will be more than twice different. In view of the complexity of sandwich composite structure, based on the bi-modulus model of laminated plates, a simplified theoretical formula and numerical calculation method are proposed for bi-modulus sandwich composite structures in this paper. Furthermore, the accuracy of the proposed numerical calculation method of bi-module is verified by the experimental study of composite single-layer plate structure and sandwich composite cabin structure. The results show that the error between the improved numerical calculation method and the experimental measurement results is basically within 6%. Meanwhile, the numerical method based on field variables has wide application range and high convergence, and can be used to calculate complex marine composite structures.     

平板在组合载荷作用下的极限强度预报的一种简化解析法

船体平板强度在船舶结构极限强度分析中起到十分重要的作用。最近几年，一些作者提出了计算平板极限强度的一种简化解析方法。但绝大部分的研究只考虑了平板纵向受压这一种简单载荷的情况。在我们成功地解决了三向组合载荷(纵、横压缩和垂向均布压力)的基础上，在本文中，我们又进一步将此方法推广到包含面内剪力在内的所有组合载荷分量均存在的一般情况。通过与一些规范公式的比较表明，本文所推导的公式是可以比较精确地预报平板在一般组合载荷作用下的极限强度。这一工作一方面可以为规范中的一些经验公式提供理论依据，另一方面也许可以提供比经验公式更好的外插能力。为了简化使用本文的方法，本文也在大量参数系列计算的基础上给出了一个回归的经验公式。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。