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.     

弹塑性裂纹前端部分加强板的止裂效果分析

通过建立Dugdale模型,对裂纹前端部分加强的含裂纹板弹塑性情况下的韧性断裂问题进行了研究.实例计算并分析了加强板条的位置、相对刚度等参数对结构断裂参数的影响,亦对加强板条的止裂作用进行了分析.计算结果表明,裂纹前端布置加强板条能有效地降低裂纹尖端的开口位移,阻止裂纹的扩展,其止裂作用受加强板条的位置、结构参数及加强板条与含裂纹板的材料参数等诸多因素的影响.     

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。     

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.     

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。     

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.     

基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法

为了弥补含裂纹功能梯度材料(FGM)结构强度预测方法的不足,文章基于有限元分析方法,将复杂的FGM板应力强度因子求解问题转化为简单的FGM板和均匀材料板之间裂纹尖端应力比值计算问题,仅通过使用均匀材料板和FGM板裂纹尖端应力比值、均匀材料板应力强度因子经验公式即可得到任意FGM板应力强度因子值,从而提出了一种基于裂纹尖端应力比值的FGM板应力强度因子简便预测方法。该方法避免了复杂的矩阵运算以及数值积分,仅需建立二维有限元模型即可在保证精确度的基础上快速得到FGM板应力强度因子预测值。通过多组算例对比分析,证明该方法预测精度高,比传统计算方法更为简便,便于工程应用。     

裂纹前端局部加强板的韧性断裂分析

对局部加强含裂纹板的弹塑性断裂问题进行了分析计算.建立了裂纹前端局部加强的裂纹板弹塑性分析的Dug-dale模型,以裂纹尖端开口位移CTOD为断裂参数,就加强复板位置、结构参数及加强复板与裂纹板材料参数等因素对结构止裂性能的影响进行了分析计算.结果表明,在裂纹前端进行局部加强使裂纹尖端的塑性区长度减小,且降低了裂纹尖端的开口位移CTOD,能有效地阻止裂纹扩展.提高加强复板相对刚度有利于改善裂纹尖端状态,提高结构的承载能力.     

含中心裂纹有限加筋板应力强度因子的计算精度评估

文章首先对含中心裂纹有限加筋板应力强度因子的计算结果进行了对比分析,然后通过对结点位移的解析解和有限单元法中的计算表达式的分析,提出一个用于评估应力强度因子计算精度的参数,并通过算例和文献结论分析说明该参数是一个计算简便的、有工程实际意义的参数.可以用于加筋板应力强度因子的计算精度评估.     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

具有裂纹缺陷的加筋板的剩余拉伸强度分析

对具有裂纹缺陷的加筋板的剩余强度进行了数值分析.考虑了加筋板上的三种缺陷形式,即板和筋上的垂直裂纹,板和筋上的倾斜裂纹以及板上的裂纹和筋上的圆孔.对板和筋上的相对裂纹长度、材料属性、板和筋的厚度、裂纹开裂角度以及圆孔的直径等影响参数进行了分析.同时,将无加筋板剩余强度的经验公式推广到加筋板,并验证了公式的有效性.     

考虑焊接效应的T型对接接头裂缝中的应力集中因子异常现象的数值研究（英文）

Industry design standards such as BS 7910 deployed some empirical formulas for the prediction of stress intensity factor(SIF) based on simulation results from traditional finite element method(FEM).However,such FEM simulation occasionally failed to convince people due to the large discrepancies compared with engineering practice.As a consequence,inaccuracy predictions via such formulas in engineering standards inevitably occur,which will compromise the safety of structures.In our previous research work,an abnormal phenomenon of SIF in a cracked T-butt joint accounting for welding effect has been observed.Compared with BS 7910,the calculation results of SIF at the surface points of welded specimens cannot be well predicted,with a large discrepancy appearing.In order to explore such problem with an abnormal increase at the surface points of cracked welded specimens,a numerical investigation in terms of SIF among BS 7910,XFEM,and FEM is performed in this paper.Numerical models on both a simple cracked plate without welding effect and a cracked T-butt joint with welding effect are developed through ABAQUS.Parametric studies in terms of the effects of varied crack depth to thickness ratio(a/T) and the effects of crack depth to crack half-length ratio(a/c) are carried out.Empirical solutions from BS 7910 are used for comparison.It is found that the XFEM can provide predictions of SIF at both the crack deepest point and crack surface point of a simple cracked plate as accurate as FEM.For a T-butt joint with a transverse stiffener,a large discrepancy in terms of the weld magnification factors(Mk) occurs at the crack surface point compared with empirical predictions.An exceptional increase of von Mises stress gradient in regions close to the weld-toe is found through the simulation of FEM,whereas a constant stress gradient is obtained through XFEM.The comparison results indicate an inappropriate prediction of SIF by the utilization of the empirical formulas in BS 7910.A more reasonable prediction of the SIF at the surface point of a crack is obtained by the XFEM.Therefore,further updating of the empirical solutions in BS7910 for SIF accounting for welding effect is recommended.     

A study of fatigue crack propagation at a web stiffener on a longitudinal stiffener

Predicting fatigue crack growth after its detection during in-service inspection is necessary to prevent a loss of serviceability, such as the oil and/or water tightness of critical compartments. This paper focuses on the most typical fatigue cracks that start at the weld joint between a flat bar stiffener on a transverse web frame and the flange of a longitudinal stiffener on a bottom plate or inner bottom plate. An experiment is carried out to observe the fatigue crack propagation for two kinds of flat bars at the abovementioned connection. The experimental results, especially the surface crack growth on the flange (which dominates during the total fatigue life of the longitudinal stiffener), are compared with crack growth curves predicted using a few existing formulas. Based on the comparative study, a formula that shows the best agreement with the experiment results is selected. Weld toe magnification factors for the web stiffener are computed from the crack propagation rates measured in the experiment, and two equations for the magnification factors versus crack depth are developed for two types of web stiffeners. The selected existing formula and the proposed equations are applied to two connections at the inner bottom and side longitudinal bulkhead of an LNG carrier. The equivalent stress approach based on a long-term distribution is employed to avoid the complexity involved in dealing with the actual stress history. Using this prediction, the remaining service life until an oil or water leakage occurs at a tank boundary can be estimated when a fatigue crack at the connection is detected.     

基于最大裂纹张口位移计算应力强度因子的方法研究

文章提出了基于最大裂纹张口位移计算I型应力强度因子的新方法,该方法适用于复合载荷(均匀拉伸和纯弯曲载荷组合)作用下的具有半椭圆表面裂纹的有限平板模型。首先,理论推导了具有埋藏裂纹的无限大平板受均匀拉伸载荷作用时应力强度因子与裂纹最大张口位移的对应关系,再应用有限元数值模拟技术,考虑了表面效应、模型尺寸效应及载荷形式的影响,然后基于有限元模拟结果,根据多元多次最小二乘法原理拟合出对应修正系数表达式,最终建立了复合载荷作用下有限平板裂纹尖端应力强度因子与最大张口位移的函数关系,实现了由容易获得的最大裂纹张口位移确定应力强度因子的方法。该方法避免了对裂纹尖端的应力场、位移场的分析,为实际应用中应力强度因子的获得提供了新的方法。     

变幅载荷作用下焊接接头疲劳寿命预测方法

船舶与海洋结构物在其服役过程中受到波浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤.检测结果表明船舶及海洋结构的疲劳热点部位大多数是在构件相互连接的焊缝焊趾处.因此,研究典型接头表面裂纹应力强度因子统一计算方法以及变幅载荷作用下表面裂纹扩展规律对船舶与海洋结构物的寿命预测是十分重要的.本文讨论了裂纹闭合及开口比的计算,在Newman有效应力强度因子计算方法的基础上,提出了考虑因素更全面的有效应力强度因子幅计算式以及变幅载荷作用下船舶与海洋结构物典型焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测模型.     

平板与周期加筋阻尼板间耦合损耗因子的研究

耦合损耗因子是统计能量分析中唯一用于表征耦合系统间能量交换的重要参数，本文在波传递理论基础上，分析了周期加筋阻尼板的波传播特性：即对于周期加筋阻尼板无论是在波的传播域，还是在波的衰减域都减域缩小。结合统计能量分析法，讨论了加强筋宽度、材料阻尼对耦合损耗因子的影响，得到了增加加筋板阻尼损耗因子，使平板至加筋板的耦合损耗因子增大的结论。