考虑失稳模态型初始缺陷的加筋板极限强度分析

加筋板是船体结构的重要组成部分。采用一阶屈曲分析得到的加筋板失稳模态以局部变形为主,按一阶屈曲模态引入的初始缺陷不能很好反映船体甲板结构的整体缺陷,为了进一步推广高等分析法在船舶与海洋结构物中的应用,本文提出一种能反映船体整层甲板、舱段乃至全船结构整体缺陷分布的失稳模态型初始缺陷引入方式。采用有限元软件Ansys,对加筋板不同初始缺陷形态下的极限强度进行分析并与试验结果对比,验证了引入失稳模态型初始缺陷在加筋板极限强度计算中的可行性与有效性。有限元计算结果表明,与采用一阶屈曲型初始缺陷相比,采用失稳模态型初始缺陷得到的加筋板极限强度更低,更能保证结构的安全性。考虑失稳模态型初始缺陷,对31个单一参数变量加筋板进行极限强度分析。计算结果表明,在合理范围内增高加强筋是提高加筋板极限强度的最有效手段。     

组合压载下金属折叠式夹层板的后屈曲极限强度分析

金属夹层板以优异的力学性能已应用于实船。本文根据与加筋板重量相当原则,设计一种金属折叠式夹层板结构,考虑其应用于舰船甲板的受力特性,采用非线性有限元方法,研究夹层板结构在不同组合载荷作用下的非线性后屈曲极限强度。首先通过与经验公式及相关结果对比验证了本文数值仿真方法和技术的可行性和准确性;然后建立双向面内受压和垂向载荷作用下的金属折叠式夹层板结构数值模型,基于屈曲特征值确定屈曲极限强度分析的初始缺陷;考虑结构初始缺陷,计算得到夹层板结构的后屈曲极限强度;对金属折叠式夹层板在不同组合载荷作用下的横向、纵向后屈曲极限承载能力进行计算分析;并与传统加筋结构对比,结果显示本文设计的金属折叠式夹层板结构具有更优异的稳定性和极限承载力,结果对金属夹层板的应用与强度设计提供参考。     

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。     

轴向压力下含点蚀损伤加筋板极限强度研究

点蚀损伤常发生于船体结构,将会造成结构的局部缺失而影响船舶结构的安全性.针对船体结构的基本构件加筋板,采用非线性有限元法研究轴向压力下点蚀损伤对其极限强度的影响,考虑点蚀位置、直径、数目、深度、点蚀损失体积等影响因素,分析船体加筋板极限应力和屈曲失效模式,获得结构的极限强度,拟合影响因素和加筋板极限强度的关系曲线,定性分析了点蚀损伤对加筋板的破坏.结果表明,点蚀损伤削减了加筋板极限强度;点蚀影响因素(点蚀直径、数目、深度、损失体积)对含点蚀损伤加筋板极限强度的影响近似呈现非线性的二次单调函数关系.     

船体板剪切极限强度数值分析

极限强度表征船体结构的极限承载能力,是船舶强度校核的主要内容。船体结构在拉压载荷下的极限强度多年来已被广泛研究并取得重大进展。随着船舶大型化及开口部位的增多,扭转载荷成为船体结构剪切极限强度计算不可忽视的重要组成部分。由于剪切载荷的特殊性,国内外目前尚未开展船体结构的剪切实验。因此,应用数值模拟方法计算剪切极限强度十分必要。通过对比分析研究船体结构主要是船体板在不同情况下的力学性能,探讨不同结构对船体板剪切极限强度的影响程度。结果表明,剪切极限强度对船体板的几何尺寸具有较强的敏感度,随着几何尺寸下降,极限强度急剧降低。     

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。     

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。     

组合载荷作用下的加筋板格强度计算

船体是一个由加筋板格组成的箱形结构,加筋板格的强度计算对于船体结构的强度分析极为重要。最近几年计多作者提出了采用简化方法来计算加筋板格的极限强度。但是,绝大部分采用这种方法进行研究的文章均只讨论了纵向受压一种情况。对于实际的船体加筋板格来说,最一般的载荷工况是纵向应力、横向应力、剪应力和垂向压力的组合载荷,但纵向应力占主导地位,本文将简化方法推广到解决组合载荷的情况。通过本文的计算表明,本简化方法     

基于BP神经网络的加筋板动力极限强度预测方法

船舶在航行过程中常受到动力载荷的作用,因此有必要对船体结构的动力极限强度预测方法进行研究。本文首先通过与现有试验结果对比,验证了本文有限元计算方法的正确性。随后通过数值计算,得到828组几何与材料参数不同的船体加筋板模型在不同加载速度下的动力极限强度。而后,以板柔度系数、加筋梁柱柔度系数、材料屈服强度为主要输入参数,构建3层BP神经网络,预测加筋板动力极限强度。所得神经网络均方差及相关系数分别达到0.000 47与0.99。将训练的神经网络应用于实船加筋板,与有限元计算结果对比,最大误差仅6.4%,证明该BP神经网络能较好预测实船结构动力极限强度。     

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。     

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。     

侧向载荷作用下的T型加筋板梁柱屈曲载荷-端缩曲线修正

加筋板单元的载荷-端缩曲线是影响Smith法计算精度的重要因素,而目前HCSR规定的载荷-端缩曲线尚未考虑侧向载荷的作用。为了计入侧向载荷对加筋板单元载荷-端缩曲线的影响,拓宽Smith法的适用范围,采用非线性有限元法,计算192个具有梁柱屈曲破坏模式的T型加筋板单元,在纵向压缩载荷和侧向载荷作用下的极限强度。通过回归分析,得出在侧向载荷和纵向压缩载荷联合作用下,T型加筋板单元在梁柱屈曲模式下的载荷-端缩曲线修正公式。对8个T型加筋板模型分别采用修正公式和非线性有限元法计算结构的临界应力和临界应变,2种计算方法结果相对误差小于10%,验证了修正公式的有效性。     

船体梁的极限强度分析

沿用Cadewell直接计算极限强度的方法，基于有限元的计算思想，将结构离散化为由横向构件和垂向构件所组成的结构，然后利用船体梁在破损时的应力分布，精确计算了船体梁的极限强度，并对加筋板受压时可能出现的5种屈曲形式作了分析，给出了考虑这5种屈曲模式的加筋板极限屈曲强度的公式；以某大型散货船为例，对船体的极限强度进行了评估，结果表明该方法是简便、可靠、实用可行的。     

含初始变形船体加筋板有效宽度及剩余极限强度研究

为了评估舰船结构损伤后的剩余强度,对船体加筋板出现初始几何变形后,参与总纵强度的有效宽度和加筋板剩余极限强度进行研究。将加筋板受到垂直于平面压力后的变形,作为其初始几何变形,改变变形的方向和大小,利用有限元软件Ansys对加筋板结构进行线性和非线性分析。定义了板有效宽度计算方法,对不同变形方向和变形幅值时板的有效宽度和加筋板的极限强度进行对比分析,并拟合得到了计算板有效宽度和加筋板极限强度的经验公式。结果表明,初始几何变形会削弱加筋板结构的强度。在对损伤后船体结构强度进行分析和校核时,提出的经验公式可以直接用来计算板的有效宽度和加筋板的极限强度。     

极地低温和凹陷损伤下加筋板极限强度的参数敏感性分析

为了快速评估含船冰碰撞凹陷损伤下加筋板在轴向压缩载荷作用下的极限强度，本文采用非线性有限元法对低温凹陷损伤加筋板的极限强度进行研究。根据EH36钢在低温下的材料力学性能试验，通过折减因子评估法，基于完整加筋板在轴向压缩下极限强度的经验公式，提出以加筋板柔度和加筋板壳板柔度为变化参数，采用最小二乘法拟合折减系数，得到低温含凹陷损伤加筋板剩余极限强度的经验公式。结果表明，相比于凹陷长度和凹陷深度，凹陷宽度对加筋板极限强度的影响较大；对比分析凹陷损伤加筋板极限强度的经验公式和有限元法的计算结果，误差较小，验证了船冰碰撞凹陷损伤下加筋板的极限强度快速评估方法的准确性。     

加筋板格高级屈曲分析技术研究及软件开发

文章给出了基于弹性大挠度理论和刚塑性分析的加筋板格高级屈曲分析方法(EPM),该方法包括五种失效模式,即正交加筋板格整体屈曲、纵向加筋子板格整体屈曲、纵向加筋和带板的局部屈曲或屈服、纵向加筋的侧倾以及全部屈服,可以考虑初始挠度和残余应力的影响以及双向压缩和侧向载荷的联合作用。以EPM方法为核心开发了加筋板格高级屈曲分析软件系统,包括任务管理、数据输入、屈曲分析、结果查看、能力曲线和文件分析等六个模块。为验证EPM方法的精度进行了系列纵向加筋和正交加筋板格试验模型的比较计算,并计算了四种典型加筋板格的双向应力能力曲线,与板格极限状态分析（PULS）软件和协调共同结构规范（HCSR）方法进行了比较分析。结果表明EPM方法可以分析联合载荷等因素对加筋板格极限强度的影响,文中开发的软件系统可用于加筋板格高级屈曲分析。     

含点蚀损伤船体加筋板在纵向压力下的极限强度

针对老龄化船舶结构上的点状腐蚀,利用非线性有限元方法进行计算,分析304个船体加筋板的极限强度,探讨带板柔度、加强筋柔度、腐蚀面积比和腐蚀深度比对纵向压力下含点蚀损伤船体加筋板极限强度的影响,拟合出点状腐蚀下船体加筋板极限强度折减公式并对其适用性进行验证,研究结果具有一定的工程参考意义和价值。     

冰载荷对加筋板轴向压缩极限强度的影响

船舶在冰区航行时,将遭受浮冰的挤压,船舷侧部位的加筋板会受到冰载荷的作用。以单筋单跨加筋板为研究对象,采用非线性有限元法对冰载荷下加筋板轴向压缩极限强度进行分析。研究冰载荷的大小、加载区域面积和加载区域位置的不同对极限强度的影响规律。结果表明,冰载荷大小一定,冰载荷作用区域面积逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度随着面积的增加基本呈线性增加。冰载荷作用区域位置距离加筋板中心点距离逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐增加,且随着相对距离的增加,对加筋板轴向压缩极限强度的影响越来越大。这些结果可用于指导冰区船舶结构的设计以及维护。     

船体结构加筋板极限强度的影响因素

采用非线性有限元软件ABAQUS,应用弧长法对船体内部加筋板进行极限强度影响参数研究.分析不同的初始挠度大小、焊接残余应力大小、模型范围、边界条件、有限元网格尺寸、材料应力应变曲线和侧压力对单轴受压加筋板极限强度的影响.通过对加筋板计算模型的参数进行研究可知,侧压力的存在和结构的初始挠度大小会对加筋板的极限强度产生显著影响,该研究可为加筋板极限强度计算模型的正确选择提供参考.     

计及侧向载荷作用的纵骨梁柱多跨失稳载荷-端缩曲线确定方法

针对现有船体梁极限承载能力计算的Smith法不能计及侧向载荷作用的问题,本文提出了一种考虑侧向载荷作用下板架变形的纵骨梁柱失稳的屈曲载荷计算模型和方法,推导了计及侧向压力对板架影响的纵骨梁柱屈曲载荷-端缩曲线公式。进行了纵向与侧向载荷共同作用下三个板架的极限承载力计算,分析讨论了侧向载荷、板架参数等对纵骨梁柱屈曲极限强度的影响规律。应用本文方法编制了考虑侧向荷载作用的船体梁极限强度程序,进行了实船的计算和对比分析。