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。     

不同约束条件下T型板残余应力及极限强度研究

利用ANSYS Workbench软件通过热-固耦合的方法对T型板结构的焊接过程进行模拟,获得不同应力边界条件下焊接残余应力及变形;然后将残余应力和变形分别添加到力学模型中,同时施加位移载荷研究具有焊接初始缺陷的T型板结构压缩极限强度.结果表明:在焊缝及热影响区存在着较大的拉伸应力,T型面板呈现角变形状态;在分别添加焊接残余应力和变形情况下,T型板极限强度都有下降,焊接残余应力对T型板极限强度的影响较焊接变形影响大.     

带有初始缺陷的船体结构极限强度研究

船体结构的初始缺陷主要有初始挠度和焊接残余应力,初始缺陷对于船体的极限强度有着重要的影响。针对目前初始缺陷的模拟较为复杂的问题,寻找一种初始缺陷的简化模拟方法,采用板弯曲理论反推并模拟初始挠度,运用基于固有应变的等效载荷法模拟焊接残余应力,在此基础上应用非线性有限元法建立计及初始缺陷的船体极限强度分析方法。计算结果表明,船体结构初始缺陷对船体结构的影响不可忽略,基于固有应变的等效载荷法可较好模拟焊接缺陷。     

船体焊接残余应力的数值分析

船体在焊接过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体结构的性能,还会使得建造精度难以控制,从而最终影响到船舶建造质量.本文以热弹塑性理论为基础,利用ANSYS非线性分析有限元程序,对船体结构焊缝进行了数值分析,获得了焊接顺序、构件尺寸对残余应力分布的影响规律.分析结果显示,分段焊接可以有效降低残余应力的峰值,尤其是对控制横向残余应力更为明显,焊缝方向上的残余应力会造成较大的残余变形.本文研究结果为优化生产工艺,控制残余应力提供了理论依据.     

焊接初始缺陷对海洋平台横撑极限强度的影响

为了研究焊接初始缺陷对海洋平台结构极限强度的影响,采用热弹塑性有限元法对不同焊接顺序下半潜式海洋平台横撑结构的焊接过程进行模拟,获得横撑结构的焊接残余应力和变形。在此基础上,采用Riks法计算含焊接初始缺陷的横撑结构的轴向压缩极限强度。结果表明:在2种焊接顺序下,横撑结构的纵向构件发生局部屈曲时的压缩载荷相差约11%,含焊接初始缺陷的横撑结构的屈曲压缩载荷比无缺陷的横撑结构小约18.45%;由于该结构整体的刚度较大,焊接初始缺陷和焊接顺序对横撑结构最终极限强度的影响较小。     

焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

初始缺陷对加筋板结构极限强度的影响研究

采用非线性有限元软件Ansys研究包含3种初始缺陷加筋板结构在单轴压缩载荷作用下极限强度的变化趋势,即初始变形、残余应力和凹陷.以单筋单跨加筋板模型为研究对象,考虑初始变形,不同半径及不同速度的撞击球所形成的凹陷及残余应力对加筋板极限强度的影响.结果表明,初始缺陷的存在降低了结构的极限承载力,而且缺陷的叠加作用比单独缺陷存在时对结构极限强度的影响大;加筋板的极限强度随着凹陷深度的加深而减小;3种初始缺陷中,残余应力相对于初始变形和凹陷对结构极限强度的削弱影响更大.     

船体肋板T型结构焊接-火工工艺链连续模拟研究

船体制造过程中,焊接与火工矫形都将引起局部残余应力/应变缺陷,有必要探究焊接-火工连续工艺链中缺陷累积的历程。基于非线性热弹塑性有限元理论,开展船体肋板典型T型构件焊接-火工工艺链连续模拟。采用有限元形函数法实现焊接模拟与火工模拟之间的数据映射,建立强度分析模型,分析工艺链残余应力演变历程及其对结构强度的影响。这项研究为船体结构设计制造的预测与监测提供了新的技术手段。     

焊接残余变形对深海耐压环肋圆柱壳稳定性的影响

焊接残余变形对深海耐压环肋圆柱壳结构的稳定性是否有影响是个非常值得关注的问题.文章对深海耐压环肋圆柱壳结构的焊接残余变形和残余应力进行了分析,并进行了相关试验数据验证.由于耐压结构壳体和肋骨的焊接残余应力相对偏小,然后着重研究残余变形对深海耐压环肋圆柱壳结构的稳定性和极限承载能力的影响.结果表明:焊接残余变形对耐压舱段结构的稳定性和极限承载能力影响不大;叠加有初始焊接变形的结构肋骨失稳波形较少;计算结果更偏于工程实际.     

船体结构火工矫正工艺热弹塑性分析

在对船体结构火工矫正工艺的温度场进行数值分析的基础上,进而对火工矫正工艺的热弹塑性进行了分析,并对板厚及加热速度对残余应力及变形的影响做了研讨.     

Progressive collapse analysis of ship hull girders subjected to extreme cyclic bending

This paper introduces a novel analytical method to predict the buckling collapse behaviour of a ship hull girder subjected to several cycles of extreme load. This follows the general principles of the established simplified progressive collapse method with an extended capability to re-formulate the load-shortening curve of structural components to account for cyclic degradation. The method provides a framework for assessing residual hull girder strength following a complex series of unusually extreme load events where the wave induced bending moment rises close to, or even surpasses, the monotonic ultimate strength. These load events may be sequential, such as might be caused by a series of storm waves, or they may occur as a collection of discrete events occurring over a longer period. The extreme cyclic bending amplifies the distortion and residual stress initially induced by fabrication in the flanges of the girder, which results in a deterioration of the residual ultimate strength. Validation is firstly completed through a comparison with previously published experimental work and secondly via comparison with numerical simulation on four ship-type box girders using the nonlinear finite element method.     

散货船碰撞损伤后的剪切极限强度

船体梁受到碰撞损伤后,必须有足够的剩余强度用以抵抗最大外弯矩,同时还需能够承受最大剪力.在众多类型的船舶中,散货船是一种抗剪能力较差的船型.对于其碰撞损伤后纵向剩余极限弯矩的研究已有较多的文献[2-7],而对于碰撞损伤后的剪切极限强度的研究目前还比较少.针对这一现状,本文的主要目的在于分析讨论散货船受到碰撞损伤后的极限承剪能力;分析结构几何尺寸,碰撞损伤形状以及边界条件等各种因素对碰撞破损船体抗剪能力的影响.为了方便起见,文中也给出了相应的回归经验公式.本文同时还推导了一个船体梁碰撞损伤后的初始屈服剪力计算公式.最后,本文以一艘散货船为例,计算分析其碰撞损伤后的抗剪能力,从中得出一些有益的结论.     

Ultimate strength analysis of a bulk carrier hull girder under alternate hold loading condition,Part 2: Stress distribution in the double bottom and simplified approaches

This is the second of two companion papers dealing with nonlinear finite element modelling and ultimate strength analysis of the hull girder of a bulk carrier under Alternate Hold Loading (AHL) condition. The methodology for nonlinear finite element modelling as well as the ultimate strength results from the nonlinear FE analyses was discussed in the companion paper (Part 1). The purpose of the present paper is to use the FE results to contribute towards developing simplified methods applicable to practical design of ship hulls under combined global and local loads. An important issue is the significant double bottom bending in the empty hold in AHL due to combined global hull girder bending moment and local loads. Therefore, the stress distributions in the double bottom area at different load levels i.e. rule load level and ultimate failure load level are presented in detail. The implication of different design pressures obtained by different rules (CSR-BC rules and DNV rules) on the stress distribution is investigated. Both (partially) heavy cargo AHL and fully loaded cargo AHL are considered. Factors of influence of double bottom bending such as initial imperfections, local loads, stress distribution and failure modes on the hull girder strength are discussed. Simplified procedures for determination of the hull girder strength for bulk carriers under AHL conditions are also discussed in light of the FE analyses.     

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。     

CFRP修复的FPSO点蚀船体梁极限强度分析

采用非线性有限元法对中拱和中垂工况条件下碳纤维增强聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)修复的浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)点蚀船体梁极限强度进行仿真分析。对比FPSO的完整船体梁、点蚀船体梁和CFRP修复的点蚀船体梁的中拱极限弯矩和中垂极限弯矩，分析CFRP对FPSO点蚀船体梁的修复效果，并分析胶层失效规律。结果表明，CFRP可为船舶的高效修复提供一种新的方式。     

破损船体非对称弯曲极限强度分析及可靠性评估

在船体发生破损后,其剩余有效剖面是非对称的,船体还可能倾斜。本文首先对破损船体非对称弯曲进行了弹性和塑性分析,在此基础上假设了破损船体发生整体破坏时的剖面应力分布,给出了破损船体非对称弯曲极限强度分析方法,并采用了比较精细的方法计算加筋板格的屈曲极限强度。以箱型梁模型和超大型油船为例,将本文的计算结果与试验、ＩＳＵＭ法及解析公式的结果进行了比较。基于破损船体极限强度,结合重要性样本法,对６５,００     

船体梁极限强度的近似计算

船体梁的总纵强度是反映船舶结构安全可靠的最基本的强度指标。船体结构极限强度评估对于船舶结构初步设计、使用、维护和维修都非常重要，因此船体梁极限强度研究成为近几十年来船舶工程界的热点研究课题之一。到目前为止有两种典型的加筋板和船体梁的极限强度分析方法，它们是直接计算法和逐步破坏分析法。本文基于加筋板单元的平均应力应变曲线和逐步破坏分拆方法，提出了加筋板和船体梁极限强度的简化分析方法，考虑了初始挠度和残余应力对加筋板单元极限强度的影响。数值结果表明，采用本文简化方法得到的结果与有限元计算结果或其它逐步破坏分析结果比较符合。     

联合弯矩作用下含裂纹船体结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹损伤对于船体结构来说难以避免,将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹损伤船体结构的剩余极限强度意义重大.对于含裂纹舱段结构,现有的研究主要针对垂向弯矩作用下的剩余极限强度,对于联合弯矩作用下的研究还很欠缺.本文采用非线性有限元分析方法,研究了垂向弯矩和水平弯矩联合作用下含裂纹舱段的剩余极限强度.提出了计算含裂纹船舯舱段在联合弯矩作用下剩余极限强度的计算公式,通过对含裂纹箱型梁的有限元计算结果进行拟合,得到公式中待定系数的表达式.研究结果表明,本文提出的方法可以快速预测船体结构在联合弯矩作用下的剩余极限强度.     

破损船体极限强度非线性有限元分析

本文基于通用有限元系统,结合船体破损机理和初始缺陷处理方法,建立船体极限强度非线性有限元分析的完整框架.利用对水面舰船和双壳油船极限强度模型试验的比较验证,合理解决非线性有限元分析的关键技术,并对完整和破损船体极限强度进行非线性有限元法分析.然后,在模型试验和非线性有限元分析的基础上提出面向设计的适合破损船体和双向弯曲状态的船体极限强度分析的改进解析方法.     

含凹陷损伤FPSB典型加筋板剩余极限强度研究

本文选取一型FPSB典型加筋板结构,在考虑初始缺陷的情况下采用非线性元法,通过对比研究,选定了(1/2 1 1/2)的加筋板模型以及合适的边界条件、网格尺寸。分别研究了三种不同凹陷形状对加筋板极限强度的影响,选定了以弧形凹坑为主要研究对象的凹陷形式。分别研究了凹陷损伤加筋板随凹痕深度、凹痕长度、凹痕宽度、凹痕位置变化时结构在单轴受压情况下的极限强度变化情况。本文的计算结果可对此型FPSB加筋板结构在凹陷损伤后的极限强度评估提供一定的参考。