循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度研究

[目的]为充分考虑焊接初始变形和残余应力在内的完整初始缺陷,需开展不同循环弯矩下的箱型梁塑性变形分布和极限强度研究。[方法]首先,选用各向同性的强化材料模型与Chaboche材料模型,采用Python语言编制程序并直接在有限元软件中施加初始变形;然后,采用ABAQUS软件针对箱型梁开展多种循环弯矩模式下的极限强度非线性有限元数值模拟,同时考虑焊接初始变形、残余应力、材料强化及鲍辛格效应的影响。[结果]研究结果表明：单向循环弯矩下,箱型梁抗弯刚度和极限强度将随着循环次数的增加而不断下降,塑性变形将从箱型梁的上顶部向侧部区域扩展,其中同时包含焊接初始变形与残余应力缺陷的箱型梁有限元模型处于极限状态时的塑性变形区域更广;相较于单次加载,经过3次双向循环之后,仅考虑初始变形的箱型梁极限强度下降了10.44%～15.15%,而考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度下降了8.41%～14.50%。[结论]在循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度的下降趋势更为缓和,所得成果可为循环弯矩下箱型梁的极限强度研究提供参考。     

循环载荷下船体板极限承载性能研究

研究船体板在轴向循环压缩载荷下的极限承载性能,对于保障船舶的总纵强度安全具有重要意义。本文运用系列方柱试件模拟船体板构件,对其在轴向循环压缩下的极限承载能力进行了试验研究,并运用非线性有限元方法对其中两个试件进行了数值分析。研究表明,船体板一次性崩溃压缩极限强度是循环压缩载荷下船体板极限强度的最大值,基于一次性崩溃理念的船体结构极限强度评估可能偏于危险。     

循环弯曲载荷下船体梁的极限纵强度

根据生破坏的强度准则，详细讨论了循环弯曲载荷下船体梁的非弹性变形性能。给出了循环弯曲载荷下船体梁极限强度的简化分析方法。进行了纵筋加强箱形薄壁梁模型的循环弯曲试验。理论计算与试验结果作了比较，两者吻合较好。     

循环载荷下大开口箱型梁弯曲极限强度试验研究

甲板大开口已成为现代货运船舶结构的典型特征，但是甲板大开口的存在不仅削弱了船体结构的极限承载能力，也使其性能与响应更加复杂。基于模型试验与非线性有限元法探究了设计的甲板大开口箱型梁在中垂循环极限弯矩作用下的结构承载能力与破坏模式，分析初始缺陷和材料硬化效应对结构极限强度的影响。结果表明，在循环载荷作用下，模型的塑性变形随着循环次数增加而逐步累积，屈曲破坏将从甲板板扩展到舷侧板；模型即使发生屈曲破坏，仍保留了大部分承载能力；材料硬化效应在循环极限加载中影响较小。研究结果可为大开口船舶结构的安全性评估和优化设计提供指导。     

船用大开口箱型梁复杂荷载下的极限强度分析

本文对Nishihara提出的上部带开口的MSB箱型梁极限强度进行研究,利用ABQUS软件提供的RIKS法计算箱型梁在中拱和中垂两种受力模式下的极限强度,并与实验值和理论值进行对比,验证了有限元算法的可靠性。通过进一步对复杂荷载下的MSB箱型梁极限强度分析表明:MSB箱型梁在复杂荷载作用下,中拱和中垂两种受力模式下的极限强度分别下降了6%和2%,且中垂状态比中拱状态更容易发生破坏,计算结果为船用大开口箱型梁设计和改进提供一定参考。     

典型箱型梁极限强度模型试验分析

为验证和完善船体结构极限强度非线性有限元法,采用高强度钢,设计典型箱型梁4点弯曲模型,开展极限强度模型试验,得到典型箱型梁模型的极限承载力和应力分布情况,与模型试验数值仿真的结果对比,结果吻合,可为船体结构极限强度计算方法研究提供试验支撑。     

压缩载荷下钢质I型夹层梁极限承载能力分析

钢质Ⅰ型夹层结构作为一种潜在广泛应用于船舶工程的结构,其极限承载能力备受关注.本文研究压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁的极限承载能力,设计并开展缩比模型试验,掌握了钢质Ⅰ型夹层梁结构的极限承载特性.同时,建立了分析压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁极限承载能力的有限元模型,通过与试验数据对比,验证了数值预报结果的有效性.利用数值模型,探讨了钢质Ⅰ型夹层梁模型各部件厚度对其极限承载能力的影响规律.结果表明,改变下面板厚度对极限承载能力的影响最为敏感,芯层壁厚次之,而上面板厚度最为不敏感,相关研究结果对钢质Ⅰ型夹层结构的工程应用具有一定的指导意义.     

非接触爆炸下纵向箱型梁舰船的极限承载能力研究

以德国F124护卫舰纵向箱型梁甲板结构型式的舱段为研究对象,采用流固耦合方法计算其在空爆作用下的甲板变形。采用阻尼因子法,对各冲击因子下箱型梁和普通甲板结构型式舱段塑性变形后的极限承载能力进行比较分析。研究结果表明:在遭受非接触爆炸冲击后,箱型梁甲板结构型式与普通甲板结构型式相比,具有变形小、变形后舰体极限承载能力下降低等优势,因而能够显著提高舰船生命力。     

循环载荷混合作用下加筋板格极限强度的研究

通过采用非线性有限元软件ABAQUS进行循环载荷作用下加筋板格的极限强度研究,获得循环载荷作用下加筋板结构中残余应力、侧向荷载、随动强化及循环应变幅混合作用对极限强度的影响规律。数值结果显示:加筋板在0.16 MPa侧压、15%残余压应力、3.2倍屈服应变幅下,循环4次后的极限强度下降达39%,这表明循环载荷混合作用对极限强度的影响是不可忽视的。该研究成果对于进一步理解和研究船体梁在循环载荷作用下的递增塑性破坏的机理具有一定的理论价值和实用价值。     

船体梁在循环载荷下的极限强度研究

在船体极限强度的研究中,对船体到达极限强度后的剩余承载能力的研究非常重要,其关系到船体结构的生命力设计,用于判断船舶破损情况下是否还能保持一定的自存能力,制定救援方案以及作为船舶在极端情况下安全性的判断依据。目前此类研究多是针对单次加载,而在实际海洋环境中,船舶会受到交变载荷的作用,如果超过弹性范围,会留下塑性应变,这些残留应变会影响船舶最终承载能力的大小。本文以逐步崩溃法为基础,用Fortran语言开发了计算程序,该程序可以得到船体梁在极限强度后的承载能力,同时通过递增塑性法来模拟循环加载带来的影响,并采用非线性有限元法进行对比验证。     

Reliability analysis of a bulk carrier in ultimate limit state under combined global and local loads in the hogging and alternate hold loading condition

The alternate hold still-water loading in hogging combined with wave loading is critical for the safe design of bulk carriers. The ultimate longitudinal strength of the hull girder of bulk carriers in this condition has been found to be considerably reduced by the action of local lateral pressure loads. In the present paper, an interaction equation based on the ultimate hull girder strength assessment obtained by nonlinear finite element analyses is adopted to consider the relationship between ultimate longitudinal bending capacity and average external sea pressure over the bottom. This interaction equation is used as the basis for the failure function. The annual probability of failure is obtained by FORM analysis considering two typical load cases, namely, pure longitudinal hogging bending moment and combined global hogging bending moment and local lateral pressure loads. The effect of heavy weather avoidance on the failure probability is evaluated. The results show that the local lateral pressure has a significant influence on the annual probability of failure of bulk carriers in the hogging and alternate hold loading condition.     

Lateral response of monopile reinforced by cement-improved soil in clay to monotonic and cyclic loadings: Laboratory model test and theoretical investigation

A systematic study was performed in laboratory model tests to assess the response of cement-improved reinforced monopiles to lateral monotonic and cyclic loading in clay. The overall load‒deflection behavior and profile of the bending moment was fully studied in monotonic tests, in addition to the p-y curves of the reinforced and unreinforced piles. Cyclic loading tests were carried out at different cyclic magnitude values and load ratios, and the cement-improved soil reinforcement range was also varied. This study provides several insights into the ongoing development of the deflection, unloading stiffness and bending moment of cement-improved soil reinforced piles as cycling progresses, which can provide empirical design recommendations for cement-improved soil reinforced monopiles subjected to lateral cyclic loading. Based on the typical p-y curve models of pile in soft clay and stiff clay, by considering the proportion of soil resistance shared by cement-improved soil and soft clay around a pile under lateral load, the modification factors of two parameters p_u and y₅₀ are derived, and then a modified p-y curve model of cement-improved soil reinforced piles in soft clay is established.     

基于Terzaghi极限承载力理论的PLT边载效应分析

浅层平板载荷试验(PLT)广泛应用于土木工程中浅部地基土层承载力的评定,试验过程中承压板周围覆土边载有可能对地基承载力评定造成影响。基于极限平衡理论,推导出广义边载分布条件下Terzaghi极限承载力公式,通过调整浅层平板载荷试验(PLT)承压板周围边载的范围和大小,分别针对砂土和黏性土地基,分析边载效应对地基极限承载力的影响大小和变化规律。结合工程实例,指出在工程应用中最终边载效应对处理后地基土的影响程度须结合PLT试验过程中土体最终达到的应力状态做出综合判断。     

舰船甲板变形的理论研究

为了研究舰船甲板的变形,对其结构进行了简化,建立了舰船甲板受力的数学模型。分别在横向载荷、总纵弯矩及二者共同作用等3种情形下,对舰船甲板的变形特性进行了计算。计算结果表明,舰船甲板受力变形为mm级;在横向载荷作用下,舰首甲板变形最大;在总纵弯矩作用下,甲板的0.6~0.75间部位变形最大。     

船体结构极限强度模型试验技术研究

船舶结构的极限承载能力是反映船舶结构安全可靠的重要指标,历来受到船舶工程界的广泛关注;而模型试验技术对船体梁极限承载能力研究拥有重要的意义.本文首先对船体极限强度相似模型设计进行研究,提出了稳定性相似模型补偿的设计方法;接着结合多例经典船体梁缩比模型试验与非线性有限元数值仿真计算结果相结合的对船体梁极限承载能力进行预报的案例,分别从相似准则、弯扭组合极限强度、弯剪极限强度等几个不同的侧重点分别对各个案例进行了详细的总结分析;最后列举了本研究组曾开展的其他若干经典极限强度模型试验.为今后船体梁极限承载能力模型试验研究提供了参考.     

沉管隧道垄沟碎石基床工程特性试验研究

通过室内大型载荷模型试验研究沉管隧道带垄沟碎石基床的力学特性。试验碎石基床的加载方法包括满铺碎石、压拢顶、压垄沟3种,模型宽1. 2 m,高0. 8 m,长2. 0 m。试验过程中测量竖向荷载、表面沉降和位移、垄沟空间变化、混凝土加载梁的钢筋应力发展以及试验槽侧移。结果表明:直至750 kPa的荷载压力下,3种碎石基床试验中沉降和荷载呈线性变化,说明碎石基床处于压密的弹性阶段;加载过程中,垄沟空间随荷载增加呈线性减小,并被逐渐压平;带垄沟碎石基床与满铺碎石基床的荷载沉降曲线基本一致,最终沉降基本一致,可以认为垄沟对基床力学性质无显著影响,但在工程中应计入由于垄沟存在导致接触面积差异,试验还发现带垄沟碎石基床的混凝土加载梁钢筋应力较满铺碎石基层情况下增加20%～30%;建立了带垄沟碎石基床数值模拟方法,模拟结果表明:满铺、压垄沟碎石基床的荷载沉降曲线基本一致,也证明2种基床的变形和承载力一致。     

循环荷载作用下加筋板格单元的损伤累积及力学模型研究

为了计算加筋板和船体梁在循环荷载作用下的极限强度,将一种能够考虑损伤累积和构件局部屈曲的一维钢材等效本构模型引入到加筋板格单元中,提出加筋板格单元在轴向循环荷载作用下的损伤累积力学模型,采用Visual Basic程序编制了计算程序,对若干加筋板格单元在双向轴向循环荷载作用下的承载性能进行计算研究,并使用非线性有限元软件Abaqus进行对比验证,结果表明所提理论方法具有较好的精度。     

循环荷载下大管桩抗裂性能试验研究

大管桩由于具有较高的极限、抗裂弯矩值,在基础工程中得到广泛应用。在近海工程中,由于桩基受到长期波浪、水流或靠船撞击等水平动力荷载,因此必须考虑大管桩的疲劳性能。通过循环荷载下的抗弯试验对D1200B32-2型大管桩进行抗裂性能研究,得到了试验样本的疲劳损伤变化并利用lgS-lgN曲线预测疲劳极限弯矩值,为大管桩的疲劳强度设计提供一定的参考。     

A ductile tearing assessment diagram for cracked circular-hollow-section joints under reversed loadings

This paper proposes a ductile tearing assessment diagram (TAD) to predict the load resistance to the crack extension relationship during the stable tearing process of the circular-hollow-section (CHS) joints under the reversed in-plane bending actions. The tearing assessment diagram utilizes the envelope of the load-deformation curve from the fracture test under reversed loadings to build the connection among the fracture resistance, load resistance and crack extension. To verify the proposed approach, this study performs fracture experiments, imposing the reversed in-plane bending on the CHS X-joints, made of Q345 steel, with a surface crack near the weld toe. The experimental investigation reveals the effect of the reversed loading on the fracture resistance and validates the TAD-based assessment for tubular joints. Meanwhile, this study performs the cyclic fracture test on the single-edge-notched-tension [SE(T)] specimen made of Q345 steel and derives the TAD from the experimental record of the SE(T) specimen. The specimen-based assessment successfully predicts the load versus crack extension relation for the reported joints under reversed loadings. The study provides a basic framework to predict the joint response under reversed loadings by integrating the material fracture characteristics.