双点腐蚀对船体板应力集中影响研究

为研究双点腐蚀蚀坑的船外板孔边处的应力集中,以半球形蚀坑为例,建立含半球形蚀坑的船外板有限元模型,对蚀坑大小、蚀坑间距及排列方式对应力集中的影响进行数值计算。研究表明,当蚀坑垂直载荷方向分布时,则孔边应力集中随两孔间距的增大而增大,当2个蚀孔相切时,孔边应力集中达到最大,而后应力集中随蚀坑间距的增大而减小,当蚀坑间距大于3倍蚀坑半径时,2个蚀坑之间的相互影响可忽略不计;当蚀孔平行载荷方向分布时,孔边应力集中大体随蚀坑间距的增大而增大。当蚀坑间距大于5倍半径时,2个蚀坑之间的相互影响可以忽略不计。该研究可为考虑腐蚀的老龄舰艇强度计算提供参考。     

单点腐蚀船体板剩余疲劳寿命的数值计算

船体板在波浪载荷下会受到交变拉/压作用,因此必须考虑疲劳对船体板剩余寿命的影响,尤其是对含点腐蚀船体板剩余寿命的影响。本文对单点腐蚀船体板剩余疲劳寿命进行了数值计算,结果表明:使用二次单元对含蚀坑船体板应力集中系数的计算误差不超过10%,而使用线性单元误差可达40%;蚀坑直径对单点腐蚀船体板疲劳寿命的影响不大,而船体板剩余疲劳寿命随蚀坑深度的增大而迅速减小。可见,对于点腐蚀钢板的应力集中计算,使用而二次单元比使用线性单元更准确;蚀坑深度对单点腐蚀船体板剩余疲劳寿命的影响比蚀坑直径的影响更为显著。     

考虑点腐蚀影响的船体板疲劳寿命评估

针对疲劳现象对点腐蚀极为敏感的问题,基于点腐蚀蚀坑处的应力集中系数,计算了含点腐蚀船体板单元的疲劳寿命。结果发现:对于半球形蚀坑,蚀坑处应力集中系数随蚀坑深度的增加而增大,两者基本上呈线性关系;当蚀坑深度为0,即无点腐蚀时,累积损伤度约为1,结构的疲劳寿命约等于设计寿命,这与客观事实是相符的,验证了基于应力集中系数计算结构疲劳寿命的合理性;当蚀坑深度仅为0. 2倍板厚时,含2种蚀坑的板单元疲劳寿命迅速减小到原寿命的47%、9%和23%;当蚀坑深度达到板厚时,板单元被蚀穿。这一结果说明结构的疲劳寿命随蚀坑深度的增大急剧减小,结构的疲劳寿命对点腐蚀极为敏感。     

点蚀损伤板在复杂受力状态下的极限强度研究

采用非线性有限元软件模拟船底板单面点腐蚀,通过对边缘载荷系数比、蚀坑分布、直径、深度的改变,经过一系列的数值计算分析,结果表明横向载荷和侧压对板的极限强度影响不可忽略,计算板的极限承载能力时需要考虑计及侧压与横向载荷。在复杂受力状态下,就单考虑蚀坑深度时,板表面的蚀坑深度在0~0.5t区间变化时,极限强度相应的折减率比大于1/2板厚时更大,极限强度对蚀坑深度更加敏感。腐蚀面积不能有效表征腐蚀程度,当DOP系数相同时,点蚀后板的最小横截面决定了极限强度的大小。     

含开孔裙板之圆柱形浮标波浪力研究

基于线性波理论,应用匹配双特征函数展开法建立了含开孔裙板之圆柱形浮标一阶波浪力和力矩的半解析计算模型。该计算模型还可推广应用于无裙板之圆柱形浮标或水面垂直漂浮圆柱体、淹没垂直圆柱体及淹没开孔/实心圆形垂荡板。为了验证计算程序的正确性,将作用在淹没开孔/实心圆形垂荡板上的垂向波浪力与文献的半解析结果进行了比较,结果吻合很好。薄板的开孔影响系数随开孔率增大而变大,讨论了开孔率对作用在淹没圆形开孔垂荡板及含开孔裙板之圆柱形浮标上一阶波浪力和力矩的影响。结果表明,作用在淹没垂荡板上的垂向波浪力和力矩随着开孔率的增大而减小;而作用在含裙板之圆柱形浮标上的垂向波浪力则随开孔率的增大而增大。裙板开孔率对含裙板之圆柱形浮标上力矩的影响要大于对波浪力的影响。     

循环载荷下船体圆孔板塑性累积与致断特性北大核心CSCD

[目的]为了解初始挠度形状对循环载荷下船体圆孔板塑性累积特性的影响,采用有限元软件ABAQUS对不同柔度系数和开孔尺寸的圆孔板,开展轴向循环载荷下的非线性弹塑性大挠度数值模拟。[方法]重点研究以第一阶屈曲模态和常用初始挠度公式构造初始挠度形状时,轴向循环载荷下圆孔板的塑性累积及其致断特性。[结果]研究表明,以常用初始挠度公式作为初始挠度形状的圆孔板,在相同循环载荷幅值下的塑性累积较第一阶屈曲模态缓和。同时,循环载荷幅值较小时,以第一阶屈曲模态作为初始挠度形状的圆孔板在相同载荷下的致断循环次数少于以常用初始挠度公式构造初始挠度形状的情况,但差异随载荷幅值的增大而减小。[结论]不同的初始挠度形状对圆孔板塑性累积与断裂起始的影响取决于柔度系数、开孔尺寸以及循环载荷幅值。     

金属表面点蚀的稳态过程数值研究

[目的]腐蚀会严重影响舰船设备的使用寿命,了解腐蚀机理及对腐蚀进行预测能有效地减缓腐蚀对舰船设备的危害。[方法]构建了格子Boltzmann腐蚀模型,该模型可描述包含多相多组分流动与扩散、电化学反应和金属点蚀的稳态全过程。应用此模型,研究浸没于液体腐蚀环境中的金属表面单坑点蚀稳态过程;分析腐蚀化学反应速率、腐蚀溶液扩散系数、腐蚀产物扩散系数对腐蚀程度的影响。通过数值模拟,获得金属表面点蚀坑的形貌变化特征。[结果]结果显示,对于金属表面单坑点蚀的稳态过程,由于钝化膜与金属基体构成了"大阴极,小阳极"的电化学腐蚀体系,使腐蚀稳态点蚀将持续向金属材料基体的纵深发展,并且初生蚀孔除自身发生点蚀外,还将在蚀孔底部产生次生蚀孔。在不同影响因素下,腐蚀程度随腐蚀反应速率和反应物组分扩散系数的增大而增大,而随腐蚀产物扩散系数的增大而减小。[结结论]通过该腐蚀模型,可模拟出与真实金属相近的腐蚀形貌变化特征。     

点蚀板在纵向压力下的极限强度研究

本文着眼于老龄化船舶结构上的局部点状腐蚀和整体点状腐蚀,利用非线性有限元软件分析了超过100个船体板结构的极限强度。研究了蚀坑形状、蚀坑位置、蚀坑大小、蚀坑深度和板的柔度对含局部点状腐蚀船体板的极限强度的影响,蚀坑分布、板的柔度和腐蚀体积对含点状腐蚀船体板的极限强度的影响。拟合出了单面、双面局部点状腐蚀下的船体板极限强度折减公式,单面、双面点状腐蚀下的船体板极限强度折减公式。并得到同时适用于局部和整体点状腐蚀板极限强度的公式。     

双向受压裂纹板剩余极限强度分析北大核心CSCD

[目的]船舶在航行过程中船底板等船体结构除了受到纵向弯曲应力以及舷侧外板传递的横向水压力载荷影响外,还因焊接及应力集中容易产生裂纹,使船体结构的承载能力降低。为此,[方法]通过数值计算,研究双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度。首先,提出计算含裂纹船体板剩余极限强度的参数化函数模型;然后,计算和分析影响其强度的因素,如裂纹长度、倾角和船体板细长比、长宽比以及横纵载荷比,并提出倾斜裂纹的有效投影长度参数;最后,基于计算结果,拟合得到双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度计算公式。[结果]结果表明,运用计算公式得到的结果具有较高的精度,[结论]可用于对实船上含中心裂纹船底板纵向极限承载能力的计算分析。     

中心穿透裂纹板在复杂载荷作用下的剩余极限强度分析

为了深入研究复杂载荷作用下的含中心穿透裂纹板的剩余极限强度,利用弹塑性有限元分析方法对现有的具有中心穿透裂纹板进行了双向拉伸载荷下的极限拉伸强度分析,得到了与实验结果比较吻合的结果;系列有限元计算结果表明,结构剩余极限强度随有效裂纹长度的增大而线性降低,并推导了具有较高精度的极限拉伸强度计算公式;最后对轴向压缩载荷作用下的具有初始挠度的中心穿透裂纹板进行了剩余极限强度分析,分析了裂纹参数和结构初始缺陷对其相对剩余极限强度的影响.计算结果表明,此时结构的剩余极限强度主要取决于结构中存在的初始缺陷的大小.     

双向受压裂纹板剩余极限强度分析

[目的]船舶在航行过程中船底板等船体结构除了受到纵向弯曲应力以及舷侧外板传递的横向水压力载荷影响外,还因焊接及应力集中容易产生裂纹,使船体结构的承载能力降低。为此,[方法]通过数值计算,研究双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度。首先,提出计算含裂纹船体板剩余极限强度的参数化函数模型;然后,计算和分析影响其强度的因素,如裂纹长度、倾角和船体板细长比、长宽比以及横纵载荷比,并提出倾斜裂纹的有效投影长度参数;最后,基于计算结果,拟合得到双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度计算公式。[结果]结果表明,运用计算公式得到的结果具有较高的精度,[结论]可用于对实船上含中心裂纹船底板纵向极限承载能力的计算分析。     

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。     

含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷下的动态响应

[目的]为研究含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷作用下的动态响应影响,[方法]通过开展铝合金板的反复冲击试验和有限元仿真研究,分析在反复冲击载荷下铝合金板的动态响应特性,比较完整铝合金板和含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷作用下的冲击力和破坏模式。[结果]试验结果与仿真计算取得较好的吻合。结果表明,在反复冲击载荷作用下,铝合金板对初始裂纹较为敏感;初始裂纹会降低铝合金板的承载能力,使得冲击力减小,反复冲击直至失效的冲击次数减小;含初始裂纹铝合金板的破坏模式也会受到影响。[结论]研究结果可对铝合金船体外板的结构强度计算和评估提供一定的依据和参考。     

对接接头焊趾应力集中有限元分析

研究焊缝几何参数对应力集中的影响,对于提高焊接结构疲劳强度有重要的意义.本文采用有限元方法,计算了双侧对称加强高和单侧加强高的对接接头焊趾处的应力集中系数,分析了几个主要参数,包括焊趾倾角、焊趾过渡圆弧半径和板厚对于应力集中系数的影响,研究了焊趾处应力集中沿板厚方向的变化情况,在分析大量计算结果的基础上给出了估算两种形式的对接接头应力集中系数的经验公式.结果表明,减小焊趾倾角,增大过渡圆弧半径,可以减缓焊趾处截面形状的变化,改善焊趾处的应力集中;板厚的增加使得应力集中系数增大.并且单侧加强高的对接接头应力集中系数小于双侧对称加强高对接接头的,其减小幅度只与θ有关.     

基于J积分的含裂纹加筋板在单轴拉伸载荷下的极限强度计算

为研究含裂纹加筋板的极限拉伸强度,本文建立一系列不同长细比、不同裂纹长度、不同裂纹位置的含裂纹加筋板有限元模型,并基于J积分理论对其在单轴拉伸载荷下的极限强度进行了计算。结果发现含裂纹加筋板极限拉伸强度随加筋板长细比的增大略有减小,但减小的程度并不明显;含裂纹加筋板极限拉伸强度随裂纹长度的增大而减小,且减小的幅度逐渐增大;加强筋上的裂纹对含裂纹加筋板极限强度的影响小于底板上的裂纹,而裂纹同时出现在底板和加强筋上时对含裂纹加筋板极限拉伸强度的影响最大。表明含贯穿型裂纹的加筋板在单轴拉伸载荷下的剩余强度对加筋板长细比不敏感,而对裂纹长度较为敏感。     

基于J积分的含裂纹加筋板在单轴拉伸载荷下的极限强度计算

为研究含裂纹加筋板的极限拉伸强度,本文建立一系列不同长细比、不同裂纹长度、不同裂纹位置的含裂纹加筋板有限元模型,并基于J积分理论对其在单轴拉伸载荷下的极限强度进行了计算。结果发现含裂纹加筋板极限拉伸强度随加筋板长细比的增大略有减小,但减小的程度并不明显;含裂纹加筋板极限拉伸强度随裂纹长度的增大而减小,且减小的幅度逐渐增大;加强筋上的裂纹对含裂纹加筋板极限强度的影响小于底板上的裂纹,而裂纹同时出现在底板和加强筋上时对含裂纹加筋板极限拉伸强度的影响最大。表明含贯穿型裂纹的加筋板在单轴拉伸载荷下的剩余强度对加筋板长细比不敏感,而对裂纹长度较为敏感。     

B型独立液货舱LNG船支撑座疲劳强度分析

以沪东中华自主研发设计的大型B型独立液货舱LNG船为研究对象,根据其船型特点进行有限元疲劳分析,提出用应力集中系数的方法,计算液货舱支撑座的疲劳热点应力幅值,完成该船液货舱支撑座结构的疲劳强度分析。基于DNVGL船级社规范指南,采用PATRAN软件进行直接计算,得到疲劳热点在各单位载荷作用下的应力集中系数,结合粗网格读取的载荷值,根据规范假定的载荷谱以及S-N曲线,得到疲劳热点处的累计损伤值,并研究了层压木刚度对支撑座载荷的影响。本论文采用的应力集中系数方法可为其他复杂载荷作用下的结构应力分析提供参考。     

在面内压力作用下点腐蚀低碳钢板的非线性有限元分析(英文)

无论是军船还是民船,船体及主要结构构件表面的点腐蚀对于船舶结构强度和安全性都有较大的破坏作用.文中采用系列非线性有限元计算研究了点腐蚀对于低碳钢板极限抗压强度的影响,模型中计及板初始缺陷的影响,详细讨论了板和点腐蚀物理、几何特性的变化对于板极限承载能力的作用.研究发现在众多影响因素中(例如点腐蚀的直径和深度、板的柔度系数等),点腐蚀密集度指标DOP对于板的极限承载能力有主要和直接的影响.此外,在腐蚀环境恶劣的情况下,厚低碳钢板的使用不一定如预期的那样能延长其使用期限.     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。