典型加筋板拉伸疲劳试验方法

加筋板是船体结构的主要组成部分,针对船用加筋板试件在疲劳试验过程中连接段先于考核段破坏的技术问题,文章开展了加筋板拉伸疲劳试验技术研究,提出了加筋板拉伸疲劳试件设计方法。在此基础上,依据疲劳累积损伤理论,结合声发射动态裂纹检测技术,建立了基于声发射技术的疲劳累积损伤试验方法。通过加筋板拉伸疲劳试验验证了该方法的可行性和适用性,实现了疲劳试验的考核目标,可为以后类似结构疲劳试验提供方法参考。     

典型加筋板拉伸疲劳试件设计方法研究

文章以加筋板拉伸疲劳试件设计为例,利用有限元方法对其疲劳试件应力分布情况进行了研究,得到了疲劳试件高应力区域;对影响试件疲劳强度的过渡段面板长度、球头端口结构型式、圆弧半径以及加强方式等主要因素进行了详细研究,提出了疲劳试件设计方法;利用该方法成功地对加筋板疲劳试件进行了优化设计,实现了疲劳试验的主要考核目的,为以后类似疲劳试件设计提供了参考依据。     

轴向循环载荷下裂纹板和加筋板极限强度

为保障船体总纵强度的安全性,对裂纹板和加筋板在轴向循环载荷下的极限承载性能进行研究。采用系列光板和筋-板组合试件模拟船体板和加筋板构件,并在板上预制初始裂纹,对其在轴向循环载荷下的极限承载力进行试验研究。最后对试件的极限承载力进行数值分析,将所得结果与试验结果进行对比,并将由循环载荷引起的塑性累积和疲劳裂纹扩展均考虑在内。通过数值分析和试验研究得到板上裂纹长度、筋上裂纹长度、疲劳损伤因子、裂纹张开位移和挠度,分析发现这些参数（尤其是裂纹长度）对轴向循环载荷下裂纹板和加筋板的极限强度有一定影响。     

多次水下爆炸下背空加筋板损伤累积特性研究

为了评估舰船结构在水下多次爆炸冲击下抗爆抗冲击性能,采用Abaqus非线性有限元软件建立了固支背空钢板结构水下爆炸冲击数值模型,数值计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了水下爆炸声-固耦合方法的可靠性。在此基础上,提出了多次水下爆炸冲击声-固耦合数值模拟方法,研究了多次水下爆炸冲击下典型背空加筋板损伤累积特性与损伤模式演化规律,分析了冲击因子对结构损伤特性的影响。结果表明,多次水下爆炸冲击作用下背空加筋板动态变形与损伤逐渐累积,可能发生塑性大变形、边界拉伸撕裂以及整体失效破坏等损伤模式演化。当冲击因子小于某一阈值时,背空加筋板多次水下爆炸冲击下塑性变形趋于稳定,出现伪安定现象。研究结果可为舰船结构抗爆抗冲击设计提供参考。     

拉伸载荷下加筋板裂纹扩展研究

采用预制缺口的加筋板结构试样,对921A钢加筋板结构进行拉伸疲劳载荷作用下的低周疲劳试验,采用奇异单元法计算相应试件的裂纹尖端应力强度因子,利用Paris准则得出裂纹扩展速率与应力强度因子的关系式,得到拉伸疲劳载荷作用下舰体加筋板结构破口裂纹扩展模型,用于分析和预报破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展情况和剩余疲劳寿命预报,算例验证了本试验计算方法的合理性。     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

钛合金焊接接头疲劳裂纹声发射特征研究

钛合金以其良好的性能得到工业界广泛的应用,但是钛合金建造和焊接工艺极难控制,容易产生焊接缺陷.本文利用声发射技术对不同厚度钛合金焊接接头拉伸和疲劳损伤过程进行动态监测,获得了钛合金焊接接头焊缝从裂纹萌生、扩展、直至断裂过程的声发射事件数量、幅度、危险程度分布特性,提出了钛合金焊接接头疲劳损伤声发射阶段性理论,为声发射技术应用于钛合金结构服役过程的全寿命安全监测提供了理论依据.     

夹芯结构的疲劳裂纹损伤扩展研究

本文以夹芯复合材料板的疲劳试验为基础,结合裂纹探测技术对疲劳裂纹扩展及累积损伤过程进行了检测,实现了全寿期内裂纹发生、扩展直至最终破坏的整个疲劳累积失效过程的追踪。基于累积损伤追踪过程的数据规律,提出了适用于夹芯复合材料结构疲劳渐变累积损伤过程的材料性能渐降模型,建立了以剩余刚度为表征参量的复合材料结构的疲劳累积损伤状态量D的失效准则,最后推导了夹芯复合材料板在面内弯曲受载路径下,结构疲劳寿命的预测力学模型。     

含裂纹加筋板在压缩载荷下的剩余极限强度试验研究

在老龄化引起的船舶结构安全性问题中,裂纹损伤是结构强度衰减的一个重要因素。文章采用逐步加载法对含裂纹损伤的加筋板压缩剩余极限强度进行试验研究。设计六种典型的穿透裂纹损伤加筋板,对损伤试件进行轴向压缩试验。通过改变裂纹尺寸、位置及倾角参数并根据试验观测结果,探讨了不同裂纹参数下加筋板的屈曲破坏特点和对剩余极限强度影响。试验结果表明,不同的裂纹长度以及裂纹位置改变加筋板结构承载力的分布,影响结构应力应变场,进而改变其失效崩溃模式;倾角为45°的裂纹相对于垂直于加筋的裂纹对加筋板结构的剩余极限强度影响较小,此外初始缺陷对结构的剩余极限强度的影响也不容忽视。     

基于局部应力应变Neuber法的舵板寿命分析

开展舵板材料的循环应力应变试验,通过静态拉伸实验数据近似估算了材料的疲劳性能参数;给出了3种材料应变寿命曲线估算法,以及相应的修正方法。根据舵板危险点等效应力-时间历程曲线,应用雨流计数法和疲劳累积损伤理论对舵板的疲劳寿命进行预计。     

船体分段钢结构焊接变形控制方法

船体分段钢结构焊接变形导致焊接工艺下降,提出基于极限强度应变动态调整的船体分段钢结构焊接变形控制方法。构建船体分段钢结构船体板和加筋板试件的载荷分析模型,通过累积塑性损伤和疲劳裂纹损伤特性分析,建立循环载荷幅值响应与裂纹分布的动态分布关系,根据单调载荷下船体板极限强度的应变特征分析和动态反馈调整,实现对船体分段钢结构焊接变形控制。测试表明,该方法提高了船体分段钢结构焊接的可靠性,降低变形屈服响应,提高极限承载性能。     

声发射技术对材料疲劳过程的损伤特征的研究

文章考虑损伤效应,研究材料疲劳过程损伤特征及相对应的声发射活动性.导出的疲劳损伤演化方程具有与声发射活动相似的Paris公式形式,发展了研究裂纹声发射活动的损伤力学方法.又通过分析损伤对塑性区尺寸的影响,提出塑性区损伤修正模型.采用该修正模型的预测结果与实验结果基本吻合.并以声发射参数为损伤变量提出声发射活动中的损伤发展规律.经试验数据分析,文中提出的塑性区修正模型可以较好地反映声发射活动规律,损伤发展规律符合试验观察结果.     

不同筋材对复合材料加筋板水中透声性能影响试验研究北大核心CSCD

[目的]为探索使用复合材料筋材替代钢质桁架的可行性,针对加筋板近场声散射特性,提出复合材料筋材设计方案,并开展相关试验研究。[方法]首先,基于水声材料测试标准建立加筋板透声性能试验方案;然后,通过消声水池自由场标定及扁钢与钢质桁架的透声性能对比,验证试验环境与试验条件的可行性;最后,通过试验分析正入射与斜入射条件下加筋板的透声性能规律。[结果]结果表明:在正入射与斜入射条件下,加筋板的透声性能规律基本相同,其透声性能依次为裸板>钢质桁架>复合材料帽型加筋板;复合材料筋材的透声性能受入射面横截面积的影响较大,横截面积越小的加筋板其透声性能越优。[结论]研究结合试验分析探索了未来研制高透声复合材料加筋板的方向,即在保证弯曲刚度相等的前提下,复合材料筋材应尽量采用镂空结构形式,并尽可能降低其入射面横截面积;另在设计筋材时应尽可能减少材料使用的种类,以减少筋材中不同材料界面的数量。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

低周疲劳下加筋板裂纹扩展行为有限元分析

为了研究低周疲劳载荷下船体加筋板裂纹扩展行为,利用节点释放法研究不同工况下的加筋板低周疲劳裂纹扩展行为,探索加筋条高度、间距对裂纹扩展过程中的应力应变场、累积塑性应变、裂纹闭合效应的影响规律。结果显示,加筋条高度的增加可以增强残余压应力场,导致闭合效应增强,裂纹尖端的累积塑性应变也减小,从而降低裂纹扩展速率。而加筋条间距的增加使得裂纹附近的结构刚度降低,闭合效应减弱,裂纹扩展速率增加。     

极地小型邮轮加筋板结构冗余度试验研究

以极地小型邮轮加筋板结构为研究对象,设计并制作典型加筋板缩比模型,开展完整结构和损伤结构的轴向压缩极限强度试验研究,揭示完整结构和损伤结构下,主甲板板架结构的极限承载能力和屈曲失效模式,并基于全船结构强度有限元方法,计算主甲板板架完整结构和损伤结构的应力,进行了主甲板板架结构冗余度评估。研究发现：轴向压缩载荷作用下,单独一根加强筋出现局部损伤会小幅度降低加筋板结构的极限承载能力;加筋板完整结构和损伤结构屈曲破坏模式均为加强筋率先破坏引起整个板架结构屈曲破坏;单独一根加强筋的损伤不会引起极地小型邮轮加筋板结构的连续性垮塌,具有良好的结构冗余。研究结果对极地小型邮轮结构设计和冗余度研究具有一定参考价值。     

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。     

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。     

海上风机单桩结构灌浆连接段试验有限元模拟

灌浆连接段是海上风机单桩支撑结构的重要组成部分.简单回顾单桩结构灌浆连接段试件的四点弯曲疲劳试验和疲劳后轴压试验,并针对试验中的典型试件进行非线性有限元数值模拟.建立灌浆连接段的三维实体单元模型,考虑灌浆材料与钢管的接触,并采用混凝土塑性损伤(Concrete Damage Plasticity,CDP)模型模拟灌浆材...     

基于不同模型的正交加筋板低频振动和声辐射分析

正交加筋薄板在船舶结构中应用十分广泛。从简化加筋板模型的角度出发,基于李兹法能量泛函变分原理推导加筋板的能量求解;并针对双向加筋板基于正交异性板理论和相当板厚理论提出2种简化方法,对3种模型模拟的加筋板推导其固有频率的解析公式。计算表明:3种正交加筋板模型在求取低阶固有频率时均具有良好的精度。在此基础上研究了基于3种模型的加筋板在空气中和水中的声辐射特性,为加筋板组合结构的振动和低频声辐射问题提出了新的简化思路。