U型激光焊接夹层板极限强度试验研究

激光焊接夹层板因具有优越的力学性能以及众多结构优点在舰船防护结构设计中具有广阔的应用前景。本文以U型激光焊接夹层板为研究对象,设计其激光制造工艺流程,加工得到U型激光焊接夹层板试件;开展夹层板极限强度性能试验,通过试验得到了夹层板横向、纵向弯曲时的极限承载力及相应的变形模式;采用ABAQUS软件模拟试验工况,开展数值仿真研究,通过与试验结果进行比较,验证、完善有限元数值仿真分析技术,研究成果可为夹层板船体结构力学性能分析提供技术支撑。     

U型激光焊接夹层板极限强度试验研究

激光焊接夹层板因具有优越的力学性能以及众多结构优点在舰船防护结构设计中具有广阔的应用前景。本文以U型激光焊接夹层板为研究对象,设计其激光制造工艺流程,加工得到U型激光焊接夹层板试件;开展夹层板极限强度性能试验,通过试验得到了夹层板横向、纵向弯曲时的极限承载力及相应的变形模式;采用ABAQUS软件模拟试验工况,开展数值仿真研究,通过与试验结果进行比较,验证、完善有限元数值仿真分析技术,研究成果可为夹层板船体结构力学性能分析提供技术支撑。     

连续开口耐压壳结构极限强度分析

以一观光潜艇圆柱壳为原型设计试验模型,在压力容器内进行模型的静水压试验,记录试验压力和相应测点的应变。试验得到的应力、变形,以及极限承载力与ABAQUS有限元分析的结果吻合良好。进而使用有限元方法计算原型潜艇耐压壳的极限强度,并与CCS规范和ABS规范的计算结果进行对比,结果表明,现有规范更适用于舷侧无连续大开口的常规潜艇;对于水下观光潜艇,使用试验和有限元相结合的方法来评估其极限强度正确可行。     

深水Spar钻采储运平台极限强度可靠性分析

针对一种新型的深水立柱式Spar钻采储运平台(Spar Drilling Production Storage Offloading)的结构特点进行极限强度可靠性研究。SDPSO平台的中间舱段为储油系统,其结构的安全性尤为重要,本文验证了在波浪弯矩年极值条件下其特殊储油系统结构的安全性。采用SESAM/Wadam软件对SDPSO平台进行水动力计算,利用序列统计法得到年极值短期海况,然后采用极值I型分布得到该短期海况下的波浪弯矩极值;利用ABAQUS非线性有限元软件和改进的Rosenblueth法进行SDPSO平台中舱段的极限强度计算,并得到极限承载能力的概率分布。最后基于一次二阶矩法完成SDPSO平台弯曲极限强度的可靠性计算,结果表明平台结构极限强度具有较高的安全水平,为深海立柱式海洋平台设计提供了依据和参考。     

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.     

深潜器多球交接耐压壳结构性能研究

多球交接耐压壳综合了单球壳和加筋圆柱壳2种耐压壳的优点,是一种更加安全和经济的深潜器耐压壳结构形式.本文以极限强度和浮力系数为主要指标,研究了多球交接耐压壳各几何参数对结构性能的影响,并考虑了环向加强肋设于耐压壳外部的情况.在本文中,耐压壳的极限强度利用ANSYS软件通过非线性有限元方法计算得到;同时,还利用多学科设计优化软件iSIGHT,对多球交接耐压壳的4个几何参数进行试验设计,并以其对耐压壳的极限强度和浮力系数的主效应和贡献率为标准,评价了它们对于整体结构性能的影响.     

半潜式钻井平台承载力极限状态设计

以半潜式钻井平台为研究对象,研究承载力极限状态设计方法的应用。文中首先介绍了承载力极限状态、分析方法、强度衡准;然后基于非线性软件ABAQUS,以加筋板架为研究对象,对其极限强度有限元数值仿真的分析方法、初始变形影响、结果分析技术等进行研究,总结形成数值仿真分析技术。在此基础上,分析半潜平台结构模型、载荷模型、边界约束等,研究目标平台在横向分离、纵剪、纵扭三种变形模式下的极限承载力及变形模式;分析等效模型、加筋模型对计算结果、计算效率的影响,提出半潜式平台极限强度工程化数值分析技术。最后,基于部分安全系数准则提出完整半潜式平台结构极限强度衡准,并对目标平台进行评估;总结形成半潜式钻井平台基于承载力极限状态的结构设计技术。     

LNG船舷侧碰撞损伤场景下的极限强度研究

利用有限元数值仿真技术和ABAQUS软件,建立LNG船液舱围护系统以及舱段的有限元模型,模拟LNG船舷侧受撞击场景。在碰撞损伤基础上,对含有液舱围护系统的LNG船舱段开展极限强度研究,获取LNG船舱段结构的极限承载能力。研究发现,在船体达到极限强度状态之前,液舱围护系统不会失效。     

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。     

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。     

Buckling and ultimate capability of plates and stiffened panels in axial compression

This paper presents extensive non-linear finite element (FE) analysis and formulation development work carried out on the ultimate compressive strength of plates and stiffened panels of ship structures. A review of contemporary designs for large ships was carried out. The existing formulae for plate ultimate compressive strength were reviewed and compared with non-linear FE analysis results. A semi-analytical formula for ultimate compressive strength assessments of stiffened panels was proposed and is described. The developed formula was verified against results using ABAQUS non-linear FE software for a series of 61 stiffened panels and a good agreement between the proposed formula and FE results were achieved. The method was verified against a large number of published FE results and was also compared with 58 experimental results. The developed method was also applied to the deck and bottom structures for a range of various sizes oil tankers and bulk carriers.     

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。     

LNG船舷侧碰撞损伤场景下的极限强度研究

液化天然气(LNG)船的船体极限强度是衡量其安全性及环境适应性的重要指标。LNG船在受到撞击损伤后的安全性,不仅取决于船体结构的剩余极限强度,还取决于其围护系统中的绝缘箱能否在船体损伤状态下承受结构变形所引起的应力载荷。利用有限元数值仿真技术和ABAQUS软件,建立LNG船液舱围护系统以及舱段的有限元模型,模拟LNG船舷侧受撞击场景。在碰撞损伤基础上,对含有液舱围护系统的LNG船舱段开展极限强度研究,获取LNG船舱段结构的极限承载能力。研究发现在船体达到极限强度状态之前,液舱围护系统不会失效。     

核发电船堆舱破损状态极限强度分析

对于核发电船而言,考虑到核反应堆的安全性问题,船体结构即使发生破坏,也要保证整体的强度,所以有必要针对破损后的船体梁进行极限强度分析。在船体剩余极限强度分析中,核反应堆舱所处舱段的极限承载能力是整个核发电船极限强度分析的关键。文章研究的重点集中在核反应堆舱段,在该舱段选取危险剖面进行剩余极限强度分析。同时,采用中和轴偏转的Smith方法对反应堆舱段进行破损船体极限强度计算,并结合HCSR规范对其进行评估。根据该核电船作业海域的海况资料,对其遭遇的波浪载荷进行长期极值预报,进而得出该船破损情况下的设计极限弯矩。结果表明,该船的设计极限弯矩满足规范中的要求,为基于规范的特定海域中的特定船型剩余强度评估提供参考。     

液化天然气船船体极限强度分析

分别运用基于非线性有限元法的通用软件MSC/Mare以及基于逐步破坏法的自编程序SUS对1艘液化天然气(LNG)船的船体极限强度进行分析.探讨了LNG船船体极限强度计算的思路和方法,并将两种方法对该船的船体极限强度计算结果进行比较分析.结果表明,利用MSC/Marc程序对LNG船进行船体极限强度分析的结果与简化方法(SUS)的结果相近,并得出了一些有价值的结论.     

逐步破坏法破损油船剩余强度研究

基于IACS共同规范研制了逐步破坏法计算完整油船极限强度和破损剩余强度的程序.考虑了船体发生搁浅碰撞后,其剩余有效剖面是非对称的,船体还可能发生不同程度倾斜的实际情况,计算了双壳油船在不同破损情况下破损船体的剩余强度,并给出了实例及结果分析.     

舰船新型冲击防护层的水下爆炸特性研究

利用结构变形的吸能原理和阻抗不匹配材料界面反射冲击波特性,设计了一种新型的冲击能吸收和防护结构,用来提高舰船的抗水下爆炸生命力.这种冲击防护层可以粘贴在舰船壳体的外表面.文中使用试验和数值计算的方法检验此冲击防护层的抗冲击特性.采用水下爆炸试验的方法得到舰船模型粘贴冲击防护层前后的加速度和应变,并通过试验确定数值计算的冲击波载荷.利用ABAQUS显示动力学模块分别建立与试验对应的数值模型,计算得到相应的动态响应值.试验和数值计算的结果表明冲击防护层具有显著的冲击隔离特性,同时数值计算与试验结果具有较好的一致性.     

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.     

Strength of ship plates under combined loading

Strength of ship plates plays a significant role in the ultimate strength analysis of ship structures. In recent years several authors have proposed simplified analytical methods to calculate the ultimate strength of unstiffened plates. The majority of these investigations deal with plates subjected to longitudinal compression only. For real ship structural plating, the most general loading case is a combination of longitudinal stress, transverse stress, shear stress and lateral pressure. In this paper, the simplified analytical method is generalized to deal with such combined load cases. The obtained results indicate that the simplified analytical method is able to determine the ultimate strength of unstiffened plates with imperfections in the form of welding-induced residual stresses and geometric deflections subjected to combined loads. Comparisons with experimental results show that the procedure has sufficient accuracy for practical applications in design.