试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率影响的试验

为研究试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率的影响,设计并实施两组不同厚度的紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,同时建立了三维疲劳裂纹扩展有限元模型,分别基于线弹性理论和弹塑性理论对应力强度因子进行了计算,并分析了试样厚度对裂纹扩展速率的影响。试验与计算结果的综合分析表明：相同应力水平下,薄试样裂纹尖端的塑性区明显大于厚试样,且裂纹尖端应力强度因子值大于理论经验计算结果可达23.25%,因此,在材料裂纹扩展速率试验前,特别是试样厚度尺寸较小时,应充分考虑试样的厚度效应,参考基于弹塑性理论计算得到的应力强度因子结果,同时有必要针对当前试样及材料进行专门的裂纹扩展速率试验,以得到准确裂纹扩展参数结果。     

厚钢板疲劳裂纹扩展前缘应力状态试验与数值仿真

复杂的环境载荷不可避免地会造成海洋结构物的疲劳损伤,而高强度厚钢板典型的三向应力状态会增加结构脆性,更加缩短结构的疲劳寿命。为研究厚板裂纹前缘应力状态沿板厚方向的分布,完成了3组36 mm板厚Q370QE高强度钢的标准疲劳裂纹扩展速率试验,得到了材料参数C,m以及应力强度因子门槛值。接着,应用有限元方法分别基于线弹性分析和塑性分析计算裂纹尖端应力强度因子和裂纹尖端局部约束因子,并解释试验中裂纹前缘由倾斜趋于平直的现象。计算所得裂纹尖端应力强度因子可描述板厚中心部分裂纹前缘的应力状态,但在试件表面处结果失真,而裂纹前缘局部约束因子因考虑了厚板的厚度效应,故沿板厚方向分布的裂纹尖端局部约束因子可有效量化裂纹尖端的应力状态分布。     

考虑残余应力的加筋板结构疲劳裂纹应力强度因子计算方法研究

文章基于温度梯度法对焊接残余应力分布进行了模拟。通过对有限元网格划分规则的讨论,确定了数值模拟过程中应力强度因子计算的最佳方案,同时,采用Green函数法以及Faulkner模型给出了残余应力作用下应力强度因子的理论值。通过有限元模拟与理论计算的结果比较,验证了常规载荷以及残余应力作用下,含中心裂纹平板以及含初始裂纹加筋板结构应力强度因子计算结果的准确性,建立了考虑残余应力影响的结构裂纹扩展模拟流程。最后,通过拉伸载荷下加筋板裂纹扩展模型试验对数值计算方法进行了验证,为加筋板结构裂纹扩展规律研究以及裂纹扩展寿命预报奠定了基础。     

基于局部横向强度要求的船舶侧向承载板厚度设计研究

液体的压强作用一直是船体外板、液舱舱壁等位置板厚设计的主要考虑因素之一,且可归结为局部板格在侧向载荷作用下不屈服的安全衡准问题。结合理论分析及非线性有限元数值计算,对于受侧向载荷作用的局部板格极限强度的影响,探讨了包括边界条件、大挠度问题及相应的薄膜效应等各种影响因素,论证了一种优化的受侧向载荷作用的船体板厚约束设计公式,该公式经济适用且安全。整个探讨过程为船体结构规范的进一步完善提出了建议。     

试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率影响的试验

为研究试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率的影响,设计并实施两组不同厚度的紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,同时建立了三维疲劳裂纹扩展有限元模型,分别基于线弹性理论和弹塑性理论对应力强度因子进行了计算,并分析了试样厚度对裂纹扩展速率的影响。试验与计算结果的综合分析表明:相同应力水平下,薄试样裂纹尖端的塑性区明显大于厚试样,且裂纹尖端应力强度因子值大于理论经验计算结果可达23.25%,因此,在材料裂纹扩展速率试验前,特别是试样厚度尺寸较小时,应充分考虑试样的厚度效应,参考基于弹塑性理论计算得到的应力强度因子结果,同时有必要针对当前试样及材料进行专门的裂纹扩展速率试验,以得到准确裂纹扩展参数结果。     

含裂纹损伤部分加筋板应力强度因子分析

基于复应力函数的解法,对含裂纹部分加筋板在拉伸载荷作用下的应力强度因子进行了分析计算.考虑了部分筋条的长度、位置以及筋条与板的相对刚度对加筋板裂纹尖端应力强度因子的影响,并基于这些结果对结构的止裂性能进行了分析.计算结果表明对于给定的裂纹长度,随着筋条长度的增加,筋条对裂纹板的加强作用普遍提高,当筋条的长度增加到一定程度时,继续增加筋条长度对应力强度因子影响不大;提高筋条对板的相对刚度,能有效降低结构应力强度因子,提高结构的止裂能力.     

基于最大裂纹张口位移计算应力强度因子的方法研究

文章提出了基于最大裂纹张口位移计算I型应力强度因子的新方法,该方法适用于复合载荷(均匀拉伸和纯弯曲载荷组合)作用下的具有半椭圆表面裂纹的有限平板模型。首先,理论推导了具有埋藏裂纹的无限大平板受均匀拉伸载荷作用时应力强度因子与裂纹最大张口位移的对应关系,再应用有限元数值模拟技术,考虑了表面效应、模型尺寸效应及载荷形式的影响,然后基于有限元模拟结果,根据多元多次最小二乘法原理拟合出对应修正系数表达式,最终建立了复合载荷作用下有限平板裂纹尖端应力强度因子与最大张口位移的函数关系,实现了由容易获得的最大裂纹张口位移确定应力强度因子的方法。该方法避免了对裂纹尖端的应力场、位移场的分析,为实际应用中应力强度因子的获得提供了新的方法。     

单点腐蚀参数对船体板应力集中影响研究

为了研究含圆柱形单点腐蚀蚀孔的船外板孔边处的应力集中,建立了含圆柱形蚀孔的船外板有限元模型,对初始载荷的大小、蚀孔深度及半径对应力集中的影响进行了数值计算,基于最小二乘法拟合出了应力集中系数随蚀孔深度的变化曲线,研究表明,含圆柱形蚀孔的船外板孔边应力集中系数与初始载荷的大小无关,随孔深的增大而增大,随孔半径的增大而减小,且相对于孔半径的变化,孔深的变化对应力集中的影响更为明显。该研究可为考虑腐蚀的老龄舰艇强度计算提供参考。     

半圆形初始裂纹在交变拉伸载荷下的裂尖应力场数值模拟

[目的]为研究板结构中初始裂纹深度沿板厚方向分布不均匀的问题,[方法]基于三维虚拟裂纹闭合技术(VCCT),以半圆形初始裂纹为例,对其在交变拉伸载荷作用下的裂尖应力场进行数值模拟。[结果]结果表明:对于裂纹水平面的应力场,在发生塑性变形的区域,计算点的von Mises等效应力随着距裂尖距离的增大而减小,两者之间呈线性或双线性关系;在未发生塑性变形的区域,该应力值基本上是裂尖距离的三次函数。对于裂纹横断面,裂纹总是沿裂纹边缘形状的法向方向扩展,且应力峰值出现在裂纹边缘,裂纹内部应力值随着距裂纹中心的距离呈现高度的非线性分布,而外部应力值则随着距裂纹中心距离的增大而减小。当该距离超过裂纹半径的1.67倍时,应力集中消失;当拉伸载荷为2/3和1/3倍材料屈服应力时,裂纹边缘的应力峰值总是分别等于载荷的1.45倍和2倍。[结论]研究结果可为考虑初始裂纹的板结构的疲劳强度计算提供参考。     

国产钢材T型管节点的板厚效应

板厚对疲劳强度的影响一直为人们所关注。本文应用国产钢材T型管节点的疲劳试验结果分析了板厚效应，管节点的疲劳强度明显地随着壁厚的增大而降低，基本符合1／4指数规律，与国外的研究结果一致。另外，还应用有效应力集中系数ξ的半经验公式研究厚度效应，其结果与试验结果较吻合。     

自升式平台的局部结构应力分析

利用有限元法对自升式海洋平台纵舱壁和横舱壁上开孔前后的应力进行计算,分析开孔形状及开孔处采用不同的加强方式对局部结构应力的影响,计算得到开孔不同形状及不同加强方式时结构的应力。在平台主体舱壁上开圆角矩形时应力较小,在开孔上增加面板可以显著降低孔边缘的应力。平台桩腿开孔时应力集中系数急剧增加,桩腿载荷不同对桩腿受力有很大影响。     

基于ANSYS平台的搭接接头工作应力及应力集中系数的研究

运用数值模拟软件ANSYS建立搭接接头的数值模型,并用利参数化设计语言(APDL)编程实现。研究焊缝几何参数对于搭接接头的工作应力及应力集中系数的影响,并对结果以曲线拟合的方式进行分析,与实际情况相符,有利于优化焊接工艺设计。     

既有混凝土结构现存应力测试方法研究

混凝土实际应力水平是反映混凝土结构受力状况的最重要的指标之一,从而也是反映混凝土结构功能可靠性的主要指标。利用应力释放的力学原理,进行了既有钢筋混凝土结构现存应力测试研究,同时对应力测试结果的影响因素进行了系统的研究,并进行了相应的应力测试试验,验证了该方法的正确性,为准确评估现有结构承载力提供了可靠的试验方法。     

预应力混凝土梁荷载正应力分布试验研究

预应力混凝土受弯构件因外荷载作用产生的断面正应力分布基本符合线性分布。在受拉区完全可以用线性分布公式计算混凝土拉应力,在受压区混凝土边缘处按线性分布公式计算则误差较大。在进行重要预应力受弯构件设计时,需要校核受压区混凝土边缘压应力。本文对此进行了试验研究,此试验结果可作为设计校核参考,文中还给出了设计校核的参考公式。     

既有混凝土结构现存应力测试方法研究

混凝土实际应力水平是反映混凝土结构受力状况的最重要的指标之一,从而也是反映混凝土结构功能可靠性的主要指标。利用应力释放的力学原理,进行了既有钢筋混凝土结构现存应力测试研究,同时对应力测试结果的影响因素进行了系统的研究,并进行了相应的应力测试试验,验证了该方法的正确性,为准确评估现有结构承载力提供了可靠的试验方法。     

养护期内钢筋混凝土梁钢筋应力的测试与分析

在养护期内,钢筋混凝土梁中钢筋应力受到很多因素的影响,通过试验表明各种因素综合的结果是使钢筋产生压应力,主要原因是混凝土收缩导致钢筋受到压缩,且压应力的最大值可达17.6 MPa。     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

Experimental and numerical studies on dynamic stress and curvature in steel tube umbilicals

The present paper addresses the stresses in dynamic steel tube umbilicals at the platform hang-off exposed to large motions corresponding to an extreme storm condition. Experimental tests were carried out by mounting fibre-optic Braggs inside steel tubes of a 9 m long umbilical specimen. Then the specimen was exposed to constant tension and dynamic curvature by means of a bellmouth and the stresses were measured. Realizing that the geometry of the umbilical cross section was too complex to apply full 3D modeling, a beam and penalty contact modeling procedure was applied to describe the extreme stress behavior. Then a simplified method was proposed to determine the contact stiffness which was further validated by full scale umbilical axial stiffness testing. As hoop contact interfaces between steel tubes and separation fillers were observed in the test specimen, a tailor-made contact element was formulated to facilitate hoop contact. Different modeling alternatives were used to investigate the hoop contact effect on the extreme axial stress and Coulomb friction stress range, which were further validated against measured dynamic axial stress. Good correlation was found by the combination of describing all contact interfaces and constraints due to the grooves in the inner sheath.     

预应力混凝土管桩现存应力测试方法研究

利用应力释放的力学原理,开展预应力混凝土管桩现存应力测试方法研究,通过数模分析得到不同钻孔深度和孔径对应力释放程度的关系曲线,给出在不损伤内部主筋情况下根据结构特点选取合理钻孔深度和孔径的方法,并通过相应的现场试验进行验证。     

水面舰艇纵骨架式板格临界应力计算方法

针对当前水面舰艇相关标准中缺少临界应力规范计算方法的问题,依据经典船体梁弯曲理论和板壳稳定性理论,对船用标准的普遍适用性进行了分析,对简化计算公式的可行性进行了研究,结果表明静力平衡法得到的纵骨架式板格临界荷载系数可能是简化计算法和CCS法的2倍以上,可见简化计算法和CCS法对临界应力的计算过于保守。