含裂纹有限加筋板应力强度因子的求解

基于裂纹问题的复应力函数方法,对含裂纹有限加筋板中裂纹表面作用分布力时的应力强度因子进行了分析求解.对有限加筋板离散化,不考虑弯曲的影响,将筋条对裂纹板的作用力转化为作用在板边界的切向力,通过对受边界切向力作用的含裂纹有限板问题的求解,从而求解了含裂纹有限加筋板的问题.     

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.     

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。     

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.     

含中心裂纹的有限加筋板应力强度因子理论分析及数值仿真

基于裂纹问题的复变应力函数、Paris位移公式和变分原理,对板材和筋条均含裂纹的加筋板结构的应力强度因子进行了分析求解。对加筋板离散化,忽略受拉时筋、板弯曲的影响,结合Paris位移公式对加筋板中含中心穿透裂纹的板材在单向拉力 和加筋条的剪力作用下的位移进行了计算;应用变分原理对含边裂纹的加筋条结合筋条和板变形协调方程求解筋条对板的节点剪力作用,从而求解了含裂纹加筋板的问题。采用数值仿真方法分析了应力强度因子随板材和加筋条上裂纹扩展的变化规律,研究了加筋条刚度和加筋条间距变化对裂尖处应力强度因子的影响。     

内河船舶极限强度计算的逐步破坏法程序设计

在船舶设计与强度评估中,为更加真实地了解船体结构的安全极限,要求计算船体梁的极限强度。逐步破坏法由于其计算效率高,结果比较可靠,被广泛运用于大型海船设计,但在内河船舶设计规范中,至今尚无有关极限强度的条款。通过非线性有限元程序计算得到加筋板单元平均应力应变关系,并与Rahman法、CSR法以及ISUM方法计算得到的应力应变关系曲线进行对比,以验证其可靠性。然后,按照一定的规律建立符合内河船舶构造的加筋板单元应力应变关系数据库,并编写逐步破坏法计算程序,在计算过程中,其能根据加筋板单元尺寸自动选取对应的关系曲线;对参数超出数据库的情况,则通过插值实现。     

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。     

铝合金加筋板轮印载荷的简化等效模型

将轮印载荷等效处理为接触区域内的均布压力是目前大多数研究通常采用的方法,但简化的均布压力与实际的接触压力明显不同。基于此,本文以子午线轮胎-铝合金加筋板为研究对象,模拟现实中不同轮胎压载方式下产生的轮印载荷。基于能量法提出使用补偿系数β的圆形均布压力代替实际轮印载荷的等效简化方法,讨论不同加载工况、轮印位置、加筋板结构参数对补偿系数β的影响,最后通过具体的工况算例分别从加载区域、加筋板的最大应力值、加筋板上应力状态分布,验证均布加载补偿系数β的合理性。研究结果表明,本文提出的方法可以有效替代为轮印载荷的简化等效模型,并且与基于规范的计算相比,该方法的计算精度更高。本文提出的补偿系数β用于加筋板最大应力值的预测时,预测精度平均提升33.99%,对此类甲板设计以及强度计算有较好的实际工程应用价值。     

基于奇异元计算分析裂纹尖端应力强度因子

采用两种奇异单元模拟裂纹尖端应力应变场的奇异性,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子的ANSYS有限元模型。通过数值计算,分别考察了这两种有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力强度因子计算精度的影响,比较了应力强度因子对各个参数的敏感程度。发现采用20节点奇异元的有限元模型计算的应力强度因子几乎与网格参数无关,其计算结果更稳定可靠。该模型能够用于船舶及海洋工程结构中含裂纹构件的应力强度因子计算。     

偏心裂纹缺陷板的应力强度因子和极限拉伸强度分析

疲劳裂纹对船舶结构强度具有不可忽视的削弱作用,在过去的研究中,主要从断裂力学的角度对疲劳裂纹应力场进行分析,而对于静态裂纹板的极限强度的探讨相对较少.本文在有限元计算的基础上对具有偏心裂纹缺陷的矩形板的应力强度因子和极限拉伸强度进行了分析.对于偏心裂纹应力强度因子,在计算方法上有效地简化了文献[5]中提出的大单元有限元计算模型,并且用于分析裂纹偏心度对于应力强度因子的影响.对于偏心裂纹延性板,采用弹塑性有限元进行了大量的组合计算,分析了相对裂纹长度、材料屈强比和裂纹偏心度对板的拉伸极限强度的影响,并给出了方便计算的回归公式.该回归公式包含了多个参数对板的极限拉伸强度的影响,与实验结果吻合较好.     

基于能量释放率理论的三维应力强度因子显式闭合解

基于能量差率基本原理,以非穿透裂纹深度的相对值作为控制裂纹虚比例扩展的无量纲几何参量,构造求解裂纹张开位移幅值的伯努利微分方程,导出以裂纹绝对尺寸和相对尺寸为参数的裂纹张开位移幅值表达式,得到有限大体非穿透裂纹三维应力强度因子闭合解.并给出无量纲应力强度因子与各种相对尺寸参数关系的显式表达式,计算结果与Newman的有限元分析结果基本-致.该方法在工程结构损伤容限与耐久性设计应用中更加便捷、高效.     

Approximate weight functions of stress intensity factor for a wide range shapes of surface and an embedded elliptical crack

This paper describes the application of weight function for stress intensity factor in a surface crack with a wide range of crack shapes. Based on the weight function representation proposed by Wang and Glinka (2009), an extended formulation of the weight function for surfaces and embedded cracks is performed. The unknown parameters in the formulations were determined from reference values of stress intensity factor for a surface and an embedded crack given by finite element analysis with the J integral method. The effectiveness of the proposed weight functions has been verified by comparing with the stress intensity factors given by finite element analysis and available approximated solutions under several loading conditions.     

基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的＂奇异权函数法＂和＂奇异等效裂纹法＂的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的＂奇异应力集中系数＂函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的＂奇异应力等效取值点＂的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。     

表面裂纹Ⅰ型应力强度因子间的互相作用及影响规律

基于有限元软件France-3D对含有多个裂纹的平板进行应力强度因子计算．通过定义基础裂纹、干扰裂纹以及干扰参数r，α，β和2b等，给出了随干扰参数r，α，β改变，干扰裂纹对基础裂纹应力强度因子影响的λ-4，λ-α理曲线，并分析其规律，其结果可为工程应用参考．     

大型集装箱船高强度厚钢甲板安全寿命评估方法

疲劳是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一.高强度钢的应用使得结构的疲劳问题更加突出.对于采用以高强度厚钢板为甲板的大型集装箱船来说,有必要进行高强度厚钢板的焊接缺陷部位安全寿命评估方法研究.以应力范围的长期分布服从两参数Weibull分布的随机载荷为疲劳载荷,裂纹扩展率采用单一曲线模型预报裂纹在任意时刻的尺寸,结合应力强度因子并参考应力计算方法和失效评估图技术提出一套计算集装箱船高强度钢厚钢板安全寿命评估的方法.通过编制计算程序,对某集装箱船甲板进行安全寿命计算.最后,分析疲劳载荷谱对安全寿命的影响.计算结果表明：载荷回复期的长短和Weibull分布的形状参数的取值都会极大影响结构疲劳安全寿命.     

复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报

船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题.该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进行了研究.裂纹扩展方向用第一主应力准则确定,在裂纹扩展方向上给定不同的裂纹增量,得到不同长度裂纹的复合裂纹等效应力强度因子,并拟合这些计算结果得出船舶肘板的应力强度因子计算式.结合裂纹扩展率单一曲线模型对肘板裂纹扩展寿命进行了预报,预报结果与实验结果符合得较好,说明所采用的方法可行.对建立船舶典型节点的裂纹扩展寿命预报方法有参考价值.     

船舶构件共线多裂纹应力强度因子研究

船舶构件中除了单个形式存在的裂纹外,还有多个裂纹同时存在的情况。多裂纹之间的相互干扰作用使得问题远比单裂纹复杂。本文采用比较简单直观的组合法对平板表面多裂纹的应力强度进行了求解并与FRANC 3D求解的结果比较,两者结果较接近,由此可见组合法可以适应工程要求。因此,在平板表面多裂纹问题求解的基础上,推出了T型构件焊趾处表面多裂纹应力强度因子求解的表达式,从而使T型构件多裂纹复杂问题转化为较简单的平板多裂纹问题,可以为工程计算方法提供参考。     

Review of empirical and semi-empirical Y factor solutions for cracked welded tubular joints

The practical use of fracture mechanics has been established for use on large turbine and electric generator rotor components used in the atomic power generation and the aircraft industry. Application areas in the offshore industry have also been identified. Fracture mechanics is currently used at the design stage of offshore facilities. It provides the basis for fatigue life prediction, steel selection and tolerance setting on allowable weld imperfections. Fracture mechanics is also used during the operational stage of a structure to make important decisions on inspection scheduling and repair strategies and as a tool for establishing limits on operational conditions. Linear elastic fracture mechanics relies on the use of the stress intensity factor concept. The stress intensity factor is a very important fracture mechanics parameter. Therefore, the accuracy of any fracture mechanics model for the prediction of fatigue crack growth in offshore structures for example will depend very much on the accuracy of the stress intensity factor solution used. Several empirical and semi-empirical solutions have been developed over the years with varying degrees of accuracy. This paper presents a review of some of these methods and attempts to assess their accuracy in predicting Y factors for welded tubular joints by comparing predicted results with experimental data obtained from fatigue tests conducted on large scale welded tubular joints. The experimental results were conducted under simulated service conditions, using a jack-up offshore standard load history (JOSH). A comparison between the experimental and predicted results shows that there may be other factors, which influence fatigue crack growth under variable amplitude conditions. Some of these factors have been identified and discussed in this paper.     

局部加强的含裂纹板应力强度因子分析

对含裂纹板局部焊接加强板条的断裂问题进行了分析计算.考虑加强板条的横向刚度和纵向刚度的影响,将加强板条对裂纹板的作用力离散化为作用在沿加强板条方向的有限个作用点处,由含裂纹板的复应力函数解法进行求解.文中分别就加强板条位置和加强板条相对刚度对裂纹板加强作用的影响进行了计算分析.计算结果表明,加强板条纵向刚度对降低裂纹板的应力强度因子起主要作用,提高加强板条刚度有利于降低结构应力强度因子,提高结构承载能力.