一种复合材料加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法

复合材料加筋夹芯板作为复合材料基本板架结构力学性能分析单元,是由夹芯板和加强筋组成,其蒙皮由不同厚度、不同材料和一定铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,将蒙皮等效成正交各向异性层合板,推导一般情况下的复合材料加筋夹芯板中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,将加筋夹芯板截面等效成单一材料的组合截面,提出复合材料加筋夹芯板弯曲正应力的工程计算公式。复合材料加筋夹芯板各部分的最大弯曲正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。本文提出的加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法,与有限元计算结果十分接近,主要弯曲正应力计算值与有限元值误差不超过10%,可以满足工程上的计算要求。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,给掌握复合材料板架结构应力水平带来方便。     

考虑弹性地基的复合材料曲梁径向应力的研究

运用弹性力学理论和经典层合板理论,推导了有弹性地基作用情况下,复合材料曲梁弯曲时径向应力的计算公式,该公式还可以得到曲梁纯弯曲情况下的解析解。利用所推导的公式,讨论了弹性地基对复合材料曲梁径向应力以及径向最大应力位置的影响。     

导管架平台管节点疲劳裂纹的断裂评估

为保证导管架结构完整性,对管节点处各种位置的裂纹,提出基于BS7910改进的管节点裂纹断裂评估推荐做法,即基于净截面失效(NSC)准则提出平面内和平面外弯曲下含裂纹管节点弯曲强度折减系数的封闭形式解析解,给出含裂纹管节点的弯曲强度折减系数计算公式;对比各种类型管节点的应力弯曲度公式,给出应力弯曲度沿撑杆-弦杆连接处的分布公式,分析认为,该公式适用于各种类型的管节点、各种位置的裂纹和各种类型的载荷,与已有的试验数据和有限元分析结果进行比较并得到了验证。     

复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度研究

随着复合材料船舶建造尺寸越来越大,结构极限强度评估具有重要意义。本文基于后屈曲理论,通过渐进失效分析方法对复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度展开研究。首先通过与相关复合材料层合板试验及数值仿真结果进行对比,验证了本文渐进失效分析方法的准确性。然后,以复合材料夹层板架结构作为船舶上层建筑并考虑其受力特性,对具有初始缺陷且在轴向和侧向压力同时作用下的复杂受力状态的夹层板架结构进行计算,得到夹层板架结构的首层失效强度以及最终承载能力,并对失效位置做出预报。     

船体构件梁的非对称刚塑性线性强化弯曲

不具有对称截面的梁在承受纯弯矩时,都要产生旁弯变形,即梁截面的中性轴不但有移动,而且还有转动。本文应用应力函数法求解梁截面中性轴的位置。求解中应用试值法,采用电子计算机计算,能较快得出梁承受不同的弯矩矢量时,梁截面中性轴的位置和梁中性层的弯曲半径。并以角钢梁为例作了试验,证实本理论是正确的。     

轮印载荷作用下波纹型夹层板格强度特性分析

针对轮印块状载荷下的波纹型夹层板格结构,建立了应力分析计算方法。该方法基于Mindlin-Reissner板理论的夹层板格整体弯曲计算和经典板理论的芯材间上面板的局部弯曲计算,并将二者叠加得到轮印载荷下夹层板格总的弯曲特性。开发了基于MATLAB的计算程序,能方便地调整夹层板格尺寸及轮印块载荷的位置、尺寸和载荷值,计算相应的板格变形和各特征点应力值。讨论了结构尺寸参数、轮印载荷尺寸参数等对上面板局部弯曲应力及板格整体弯曲应力的影响特性,为这类结构的设计和优化提供有益的参考。     

考虑声辐射特性的船舶板架结构动力优化设计

提出了一种基于导纳法和遗传算法的船舶板架结构动力优化设计方法,将板架结构分解成由薄板与梁在相应连接节点处耦合的组合结构,利用其导纳公式推导出带有隔振系统的板架结构在任意位置简谐力激励下的弯曲振动响应,并与边界元法相结合,分析计算板架结构的声辐射特性。数值计算表明,只需取较少的耦合节点即可得到较好的计算精度,避免了大量的有限元计算。在此算法的基础上,使用遗传算法进行考虑声辐射特性的板架结构动力优化设计。为提高优化收敛速度,针对船舶板架结构的特点,选取纵桁和强横梁剖面惯性矩作为设计变量,减少了设计变量的个数,并建立满足构件剖面尺寸搭配关系要求的、经过优选的剖面尺寸方案库,便于获得满足约束条件的离散优化解。一个船舶板架结构的动力优化实例验证了方法的有效性。     

具有初始挠度的板架结构承载特性分析

为探讨具有初始挠度的板架结构轴向受压时的承载特性,本文采用MSC.Nastran建立了具有初始挠度的板架结构模型,分析了初始挠度及其大小对结构的影响,根据应力等效原理拟合了挠曲板架结构轴向受压时的相当面积公式。结果表明,随着初始挠度的增加,板架主要变形方式逐渐由压缩转换为弯曲,其承载能力大幅下降;初始挠度越大,板架承载能力越弱;相当面积折减系数随着初始挠度的增加呈现先缓慢减小随后迅速降低最终平减小的变化趋势,结构中横向(垂直于轴向)应力随着初始挠度的增加不断增大。     

船体肋骨梁不对称塑性弯曲时梁截面中性轴的求解

本文从“应力函数法”和“反旁弯力矩法”各自物理概念出发,得到不具有对称面的船体肋骨梁塑性弯曲时的两种不同形式的梁截面中性轴位置的数学表达式,并论证了这两个公式是可以互相转换的,但前者在应用上有很大的优越性。欲使角钢型肋骨梁在冷加工过程中不产生旁弯变形,就必须使中性轴的转角为零,这是本文所讨论的问题的一个特例。     

具有初始挠度的板架结构承载特性分析

为探讨具有初始挠度的板架结构轴向受压时的承载特性,本文采用MSC. Nastran建立了具有初始挠度的板架结构模型,分析了初始挠度及其大小对结构的影响,根据应力等效原理拟合了挠曲板架结构轴向受压时的相当面积公式。结果表明,随着初始挠度的增加,板架主要变形方式逐渐由压缩转换为弯曲,其承载能力大幅下降;初始挠度越大,板架承载能力越弱;相当面积折减系数随着初始挠度的增加呈现先缓慢减小随后迅速降低最终平减小的变化趋势,结构中横向(垂直于轴向)应力随着初始挠度的增加不断增大。     

船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法

本文基于Smith方法,应用梁-柱理论、理想弹塑性假设、平截面假设和塑性铰理论建立了加筋板单元的应力-应变关系曲线,导出了船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法并编制成FORTRAN计算程序.应用作者导出的简化逐步破坏分析方法分析计算了Reckling 23号模型总纵极限强度.计算结果表明,本文导出的简化逐步破坏分析方法和计算程序正确可靠,可供船体结构设计和使用.本文还对船体结构总纵极限强度的影响因素进行了分析,其中包括加筋板单元的载荷-缩短行为、横向压力、材料屈服强度和腐蚀等.     

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.     

双向密加筋板强度公式的推导及其修正

将双向密加筋板简化成正交异性板模型,通过对平衡方程的无因次变换,利用各向同性板的弯曲要素,求得正交异性板在均布载荷下的最大应力值。具体分析5种加筋板结构形式、2种加强筋类型和2种加强筋的尺寸。计算结果表明,文中提供的公式可以准确地对双向密加筋板的强度进行预报。     

Stress magnification effect of initial deformation on the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints

Compared with thick plate welded joint, the welding joint of thin plate will produce initial deformation due to its low bending rigidity. The existence of initial deformation will cause the welded structure to produce secondary bending effect, which will produce greater stress magnification effect at the weld toe and seriously affect the fatigue strength of thin plate welded joints. Therefore, based on the correction formula of thick plate, considering the influence of initial deformation and geometric nonlinearity of thin plate, this paper deduces the stress magnification factor formula at the weld toe of T-shaped and cruciform specimens. The accuracy of the revised formula is further verified by comparing the notch stress calculated by the modified formula with the FE results. Finally, the modified formula is applied to the notch stress and fatigue evaluation of typical thin plate welded joints respectively. The results show that the proposed notch stress calculation formula can fully consider the stress amplification effect of thin plate structure, and can be used to quickly evaluate the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints.     

单向加筋板低频振动的简化建模精度影响因素

针对典型单向加筋板结构的低频振动问题,基于薄板弯曲理论,得到等效正交异性板计算公式,通过与有限元计算结果比较验证计算公式的正确性。分析质量等效、弯曲刚度等效与结构参数对简化方法精度的影响规律,并通过附加弯曲刚度比对筋条截面高度、筋条数量和基板厚度等3项结构参数进行定量比较分析,对简化方法的适用范围产生量化认识,为加筋板简化建模的应用场景提供参考性建议。     

不同的杨氏模量对含裂纹复合材料板裂纹周围应力的影响研究

不同的杨氏模量对于应力场有着相当的影响.针对含裂纹的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论解决了裂纹的边界条件问题.建立了基于准确边界条件的边界积分方程,得到了舍裂纹复合材料板裂纹周围应力场的精确解析解.并按照所建立的计算模型对不同的杨氏模量对裂纹周围应力场的影响进行了探讨.     

含椭圆孔的复合材料板在压应力作用下的应力仿真计算

孔使原本连续的结构产生突变而不连续,必然会引起结构上的应力集中,降低其强度,孔的影响对于复合材料要比均质材料大得多。文中对于含椭圆孔的复合材料板,运用复变函数理论建立计算模型。采用保角映射的方法得到准确描述应力场的复变应力函数。按照所建立的数学模型对含有椭圆孔的复合材料板进行应力分析。针对在压应力作用下的含不同几个尺寸椭圆孔的正交各向异性板,讨论了其相应的孔边应力分布,并对所研究的各种情况下孔边应力场进行比较。     

基于多种失效模式SPS复合钢板替换船用钢板的优化设计

在SPS复合钢板的设计中获取不同的失效模式。以减重为目标,应用序列二次规划法对SPS复合钢板进行等效船用钢板的优化设计,同时对SPS复合钢板进行多目标优化,应用层次分析法定各目标的权重。在这两种优化方法的基础上,对船用钢板与SPS复合钢板进行了屈曲、弯曲对比数值分析,同时将结果与理论计算结果对比分析。结果表明,SPS复合钢板重量能够减轻37%以上,刚度增加两倍多,但厚度增加70%。     

游艇用玻璃钢组份匹配及PATRAN软件的模拟分析

根据玻璃钢游艇对材料的使用要求,以平板为例,通过运用PATRAN有限元软件对构成平板的不同玻璃钢复合材料进行计算分析,寻求最优方案,进而确定玻璃钢材料的类型。     

复合材料船体纵向极限强度可靠性分析

把船体甲板或船底板结构视为是一系列加筋板单元的组合，然后利用复合材料梁柱理论计算船体加筋板单元构件的极限承载能力，最后用Smith法计算复合材料船体的极限承载能力。由于复合材料船体纵向极限强度的极限状态方程不能简单地用船体各参数显式表达，故将近年发展起来的响应面法与JC法相结合，对复合材料船体纵向极限强度进行了可靠性分析。并讨论了影响船体纵向极限强度可靠性各变量的敏感性。