内嵌方框型金属夹层结构连接构件极限强度分析

激光焊接钢质夹层结构在国外已用于实船,其连接构件的强度特性,是尚待解决的关键问题之一。基于有限元分析软件Ansys,分析在面内载荷作用下,I型金属夹层结构内嵌方框型连接构件的失效模式和极限承载能力,并研究不同形式、不同尺寸的初始缺陷,以及连接构件的设计参数对极限载荷的影响规律。结果显示,其失效模式是普通焊接接头处大部分区域均出现塑性变形,形成塑性铰。对于各种类型初始缺陷,随着其尺寸的增大,极限载荷均降低;夹层面板和连接构件水平板的初始缺陷对极限载荷的影响较大,夹层腹板和连接构件垂向板的初始缺陷的影响较小。在控制重量的条件下,欲增大极限承载能力,最有效的途径是增大连接构件水平板的厚度;选取合适的夹层面板端部长度;尽量减小水平板长度。     

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。     

复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度研究

随着复合材料船舶建造尺寸越来越大,结构极限强度评估具有重要意义。本文基于后屈曲理论,通过渐进失效分析方法对复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度展开研究。首先通过与相关复合材料层合板试验及数值仿真结果进行对比,验证了本文渐进失效分析方法的准确性。然后,以复合材料夹层板架结构作为船舶上层建筑并考虑其受力特性,对具有初始缺陷且在轴向和侧向压力同时作用下的复杂受力状态的夹层板架结构进行计算,得到夹层板架结构的首层失效强度以及最终承载能力,并对失效位置做出预报。     

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。     

压缩载荷下钢质I型夹层梁极限承载能力分析

钢质Ⅰ型夹层结构作为一种潜在广泛应用于船舶工程的结构,其极限承载能力备受关注.本文研究压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁的极限承载能力,设计并开展缩比模型试验,掌握了钢质Ⅰ型夹层梁结构的极限承载特性.同时,建立了分析压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁极限承载能力的有限元模型,通过与试验数据对比,验证了数值预报结果的有效性.利用数值模型,探讨了钢质Ⅰ型夹层梁模型各部件厚度对其极限承载能力的影响规律.结果表明,改变下面板厚度对极限承载能力的影响最为敏感,芯层壁厚次之,而上面板厚度最为不敏感,相关研究结果对钢质Ⅰ型夹层结构的工程应用具有一定的指导意义.     

邮轮支柱连接节点极限状态研究与可靠性分析

为对支柱连接节点的极限状态与可靠性进行研究,建立大量支柱连接节点有限元模型,分析构件尺寸对该结构极限状态下失效模式和承载能力的影响,并通过对有限元模型计算结果进行非线性回归分析,获得考虑重要构件尺寸的结构极限承载力计算公式。在此基础上,利用上述公式建立支柱连接节点极限状态函数,形成该结构可靠性分析流程,最后通过算例对可靠性分析流程的适用性进行验证。研究结果可以对豪华邮轮支柱连接节点设计提供一定参考。     

组合压载下金属折叠式夹层板的后屈曲极限强度分析

金属夹层板以优异的力学性能已应用于实船。本文根据与加筋板重量相当原则,设计一种金属折叠式夹层板结构,考虑其应用于舰船甲板的受力特性,采用非线性有限元方法,研究夹层板结构在不同组合载荷作用下的非线性后屈曲极限强度。首先通过与经验公式及相关结果对比验证了本文数值仿真方法和技术的可行性和准确性;然后建立双向面内受压和垂向载荷作用下的金属折叠式夹层板结构数值模型,基于屈曲特征值确定屈曲极限强度分析的初始缺陷;考虑结构初始缺陷,计算得到夹层板结构的后屈曲极限强度;对金属折叠式夹层板在不同组合载荷作用下的横向、纵向后屈曲极限承载能力进行计算分析;并与传统加筋结构对比,结果显示本文设计的金属折叠式夹层板结构具有更优异的稳定性和极限承载力,结果对金属夹层板的应用与强度设计提供参考。     

船舶圆弧过渡肘板节点的屈曲破坏研究

船体构件腹板在连接端部逐渐升高形成圆弧过渡肘板节点,较大的腹板尺寸导致其受弯时易出现屈曲破坏,从而影响船体结构的安全性。以典型圆弧过渡肘板连接的横梁-肋骨节点结构为研究对象,采用极限强度试验与非线性有限元模拟方法,研究肘板节点受弯时的破坏模式、极限载荷以及屈曲过程,讨论肘板臂长、圆弧半径、面板厚度对节点结构屈曲破坏的影响。结果显示:考虑初始缺陷的非线性有限元模拟结果与试验结果一致;根据肘板尺寸的不同,屈曲破坏的位置包括靠近肋骨的横梁腹板区域以及肘板与横梁过渡圆弧处的腹板区域;随着肘板臂长的增加,不同圆弧半径时节点的极限载荷均为先增大后趋于不变;随着圆弧半径的增加,肘板臂长较小的节点极限载荷缓慢上升,肘板臂长较大的节点极限载荷则近似呈线性增长趋势;面板厚度对极限载荷的影响较小,随着面板厚度的增加,极限载荷先缓慢增加后趋于不变。     

脱粘损伤对压缩载荷下夹芯复合材料L形节点承载能力的影响

针对含有脱粘损伤的夹芯复合材料L形节点在压缩载荷下的承载能力问题,采用渐进失效分析和内聚力模形探讨脱粘损伤的位置、尺寸等因素对压缩载荷下的L形节点极限承载力的影响,结果表明,肘板上端的脱粘损伤相对于肘板中心的脱粘损伤对压缩载荷下的承载能力影响更大,随着损伤尺寸的增大,肘板上端脱粘损伤的影响更明显。     

四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析

针对激光焊接金属波纹夹层梁模型,进行四点弯曲试验,获得夹层梁结构的破坏模式。采用有限元软件ANSYS,分析四点弯曲载荷下该结构的极限承载能力,结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好。进一步分析波纹夹层梁上面板厚度、下面板厚度、芯层板厚度及芯层高度对其极限承载能力的影响。数值结果表明:在增加同等质量以提高波纹夹层梁的结构极限承载能力时,增加芯层高度和上面板厚度是较为有效的方式,相比之下,增加芯层厚度或下面板厚度对提高极限承载能力的效率要低一些。     

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.     

Comparisons of calculations with experiments on the ultimate strength of wide stiffened panels

Five specimens of wide stiffened panel with four stiffeners under axial compression until collapse are studied with a nonlinear finite element analysis and Common Structural Rules to compare with the experimental results. The stiffened panel models have two longitudinal bays to produce reasonable boundary condition at the end of edges. Tension tests have been conducted to obtain the material properties of the steel that are used in the finite element analysis. Three boundary condition configurations are adopted to investigate their influence on the collapse behaviour of the stiffened panels. A displacement transducer was used to measure the initial geometrical imperfections of the stiffened plates. The collapse behaviour of the stiffened panels is analysed in finite element analysis with the measured initial imperfections and with nominal imperfections. An equivalent initial imperfection is validated for the ultimate strength of stiffened panel under compressive load until collapse for the panels under consideration. With the same imperfection amplitude, the shape of the column-type initial deflection of stiffeners affects significantly the collapse shape, but only slightly the ultimate strength and the mode of collapse of the stiffened panels. The 1/2 + 1 + 1/2 bays model with restrained boundary condition BC3 gives an adequate FE modelling and is possible to be fabricated in experiment.     

冰载荷对加筋板轴向压缩极限强度的影响

船舶在冰区航行时,将遭受浮冰的挤压,船舷侧部位的加筋板会受到冰载荷的作用。以单筋单跨加筋板为研究对象,采用非线性有限元法对冰载荷下加筋板轴向压缩极限强度进行分析。研究冰载荷的大小、加载区域面积和加载区域位置的不同对极限强度的影响规律。结果表明,冰载荷大小一定,冰载荷作用区域面积逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度随着面积的增加基本呈线性增加。冰载荷作用区域位置距离加筋板中心点距离逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐增加,且随着相对距离的增加,对加筋板轴向压缩极限强度的影响越来越大。这些结果可用于指导冰区船舶结构的设计以及维护。     

低周疲劳载荷下考虑累积塑性的船舶裂纹板剩余极限强度研究

研究表明在恶劣海洋环境中船体结构整体断裂破坏往往是低周疲劳破坏和累积塑性破坏的耦合结果。考虑这两者耦合作用的影响,评估船体结构的极限承载力更为实际。基于累积塑性和低周疲劳裂纹扩展,从理论上分析了平面内低周疲劳载荷下裂纹板的残余极限强度。经过一系列数值模拟,首先讨论低周疲劳裂纹扩展行为的影响,然后随着疲劳裂纹扩展的发展,主要讨论了初始变形,焊接残余应力,裂纹扩展长度,裂纹分布和裂纹板厚度对低周疲劳载荷下船体裂纹板极限强度的影响。     

Ultimate strength analysis of highly damaged plates

This work deals with the ultimate compressive strength of highly damaged plating resulting from dropping objects, grounding or collision. Extensive static nonlinear finite element analyses are conducted, where several governing parameters are considered. The effect of dent depth as well as dent size is studied. Different dent shapes are considered in order to cover different possible damage scenarios. The toughness modulus is used to measure the capacity of the plate to withstand the applied load with permanent deformation. An expression to estimate the average reduction of ultimate strength of highly damaged steel plates, subjected to compressive loading as a function of the residual breadth ratio is also developed.     

考虑随机材料、尺寸及初始缺陷的加筋板结构极限强度研究

为获得加筋板结构极限强度的统计规律,考虑结构材料、尺寸及初始缺陷的随机性（其数值可以认为是满足某种分布规律的随机量）,采用Monte Carlo结合非线性有限元进行强度的研究。在验证非线性有限元准确性的基础上,取结构尺寸、初始缺陷幅值、材料参数为随机变量,采用数值实验、最大熵法及K-S检验拟合获得极限强度的概率密度函数。结果表明,在较少样本时最大熵法可准确获得统计规律,为结构可靠性分析中复杂结构抗力模型的研究提供参考。     

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。     

复合材料板与钢板胶接、螺接与混合对接接头的力学特性研究

对6种不同的复合材料板与钢板的连接接头,即单盖板胶接、螺接、混接,以及双盖板胶接、螺接、混接的连接接头进行了静力拉伸试验与数值研究。静力试验获得了接头的失效载荷、载荷-位移曲线以及失效模式,通过对比发现接头的承载能力与接头形式有很大关系。采用有限元方法获取了胶接接头中胶层应力分布,并研究了接头各设计参数如搭接长度、胶层厚度等对接头强度的影响规律。