循环载荷下考虑累积塑性破坏的船体缺口板CTOD理论及数值模拟研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将该模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明:在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供途径。     

循环载荷下考虑累积塑性影响的船体板CTOD理论及数值模拟研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将本模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明：在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时也为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供了途径。     

循环载荷下考虑累积塑性影响的船体板CTOD理论及数值模拟研究（英文）

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将本模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明:在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时也为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供了途径。     

船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析

为提高焊接热弹塑性数值模拟的效率,采用静态子结构方法实现焊接热传导分析计算。根据船体加筋板结构的重复性和对称性特点,将整个结构根据加强筋划分为若干相同的静态子结构,计算得到1条焊缝的温度分布后,通过温度场的镜像和平移获得整个结构的温度场。以船体加筋板为例,采用静态子结构方法并结合温度场的镜像和平移技术,计算分析船体加筋板的焊接温度场和应力场结果。计算表明,该方法在保证计算精度的前提下,极大地提高了计算效率。     

船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析

为提高焊接热弹塑性数值模拟的效率,采用静态子结构方法实现焊接热传导分析计算。根据船体加筋板结构的重复性和对称性特点,将整个结构根据加强筋划分为若干相同的静态子结构,计算得到1条焊缝的温度分布后,通过温度场的镜像和平移获得整个结构的温度场。以船体加筋板为例,采用静态子结构方法并结合温度场的镜像和平移技术,计算分析船体加筋板的焊接温度场和应力场结果。计算表明,该方法在保证计算精度的前提下,极大地提高了计算效率。     

加筋板格结构模型强度试验研究

本文针对课题研究提出的船体双向加筋板新型结构型式、传统的横向加筋板及纵向加筋板结构分别进行了结构相似模型研究，并结合有限元理论计算值进行了分析比较，得出了一些有益的结论。     

加筋板格屈曲及极限强度分析

加筋板格是船体结构的主要组成部分,是船体最常用的结构单元。本文在消化相关文献后,作了一些修正和改进工作,提出了一套用于计算加筋板格屈曲及极限强度的方法,并开发了相应的计算软件。通过与试验及有限元计算结果的比较,考核了本方法的计算精度,证明了该方法完全可用于船体板架的工程设计计算。     

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。     

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.     

加筋薄板简化方式对船体总振动影响的研究

以单向加筋板为主要研究对象，结合正交异性板理论和等效板厚理论提出了适用于振动分析的等效厚度正交异性板简化方法，并与常用的简化方法进行了比较。推导了3种简化方法下的加筋板固有频率的解析公式，并计算了四边简支单向加筋板固有频率。结果表明：本文提出的简化方法在求取单向加筋板低阶固有频率时计算结果与有限元结果前五阶误差在15%以内。文中应用该简化方法计算了一船体梁的固有频率，通过对船体梁甲板的加强筋结构进行简化，将模型总单元数降至原模型的27.6%，采用本文方法计算得到的船体梁垂向前三阶和扭转一阶振动频率优于传统的正交异性板简化方法，较原模型偏差在2.2%以内。说明等效厚度正交异性板简化方法在特定工程领域是可用的，且此法相较之前的方法有一定程度的改进，对相关研究和工程计算具有一定参考价值。     

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。     

单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析

[目的]为实现船体结构的轻量化设计,采用金属夹层结构代替传统的加筋板结构,在保证原有结构承载性能的前提下,降低船体结构重量。[方法]针对单轴压缩作用下V型和I型金属波纹夹层板的承载性能问题,利用ABAQUS软件,对其进行屈曲分析和非线性有限元分析,并与传统加筋板结构的承载性能进行对比分析,[结果]得到了金属夹层板的承载性能与失效模式。计算结果表明,结构型式不同使得其屈曲失效模式存在差异;相同重量下,设计的I型金属波纹夹层板承载能力最强,加筋板与V型金属波纹夹层板次之。[结论]不同结构型式的轻量化减重效率有所不同,金属夹层板的轻量化规律可为其在船体结构设计中的选型与应用提供参考。     

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。     

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。     

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.     

复合材料加筋板的光纤光栅测试与分析

设计材料用量相同的复合材料帽形加筋板和T形加筋板,基于2种结构的应变规律理论分析和有限元应变计算结果,提出在筋内部铺设光纤光栅的方案,并制作试验模型进行应变试验测试。将理论应变分布规律、有限元应变计算结果、电阻式应变片测试结果和光纤光栅应变测试结果进行对比分析,结果表明,光纤光栅应变测试结果的线性度要优于应变片。对于帽形加筋板和T形加筋板,光栅的单向应变测试结果与有限元计算结果的误差分别为6%和4%,剪切应变误差均为23%,且上述误差均小于应变片测试结果与有限元计算结果间的误差。     

玄武岩纤维复合材料层合加筋板轴向动力压缩破坏分析

基于通用有限元软件,结合复合材料失效准则对玄武岩纤维复合材料层合加筋板在轴向动力压缩载荷作用下的破坏问题进行了研究,并比较了玄武岩纤维复合材料层与S-2玻璃纤维增强复合材料帽形层合加筋板轴向动力压缩破坏的差异.研究结果表明,玄武岩纤维复合材料层合加筋板具备与S-2玻璃纤维复合材料层合加筋板相当的轴向压缩性能.本研究可以为选用玄武岩纤维作为高速舰船船体材料提供参考依据.     

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。     

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。     

水下爆炸时舰船正交异性板的简化方法研究

按照承受载荷的不同将船体中的板分为两种，即承受板中面内载荷的平面应力板和承受垂直于板中面载荷的弯曲板元。根据这两种分类将加筋板按不同的方法实现了结构正交异性向材料正交异性的转化，即将板上的加强筋按照一定的方法折合到所附连的板上，进而实现材料上正交异性板的有限元软件模拟。但这种转化并非是完全等效。文章提出了某些参数的修正方法，对实际工程中所关心的几个参数实现了统一。通过比较有限元的计算结果，表明正交异性板在特定工程领域中是可用的，对相关研究和工程计算具有一定参考价值。