不同的杨氏模量对含裂纹复合材料板裂纹周围应力的影响研究

不同的杨氏模量对于应力场有着相当的影响.针对含裂纹的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论解决了裂纹的边界条件问题.建立了基于准确边界条件的边界积分方程,得到了舍裂纹复合材料板裂纹周围应力场的精确解析解.并按照所建立的计算模型对不同的杨氏模量对裂纹周围应力场的影响进行了探讨.     

不同的裂纹尺寸对椭圆形裂纹应力强度因子影响的研究

针对平板椭圆形裂纹,提出了椭圆裂纹求解应力强度因子的解析解法,该方法是建立在弹性断裂理论及复变函数理论基础上的。文中针对椭圆裂纹,在具有不同的外荷载,以及不同的椭圆裂纹形状情况下,对应力强度因子进行较为全面的仿真分析。得到了应力强度因子和椭圆裂纹长短轴及所处位置,以及外荷载之间的关系变化的曲线。利用所建立的计算模型,可以非常迅速地求得不同几何参数情况下椭圆裂纹在复杂应力场中沿裂纹周边不同位置的应力强度因子。并对三种不同椭圆裂纹形状情况下的应力强度因子进行了分析和比较。     

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。     

切断一根肋骨的圆柱壳开孔应力分析

潜艇耐压壳体上大的开孔常常切断一根肋骨,并且用围壁进行加强.目前,环肋圆柱壳上用围壁加强的圆形开孔强度计算所用规范中的公式,是针对用围壁加强的不带肋骨的圆柱壳开孔推导出来的,而肋骨对孔口的应力集中是有影响的.本文用有限元方法对环肋圆柱壳上切断一根肋骨的用围壁加强的正交单圆孔,在静水外压下随开孔直径和加强程度变化的应力大小及分布规律进行了数值分析,发现孔边壳板中面应力与光圆柱壳开孔接近,但最大中面周向应力处弯曲应力很大;当加强程度大时,孔边壳板最大表面纵向应力超过最大表面周向应力,断肋骨面板应力很大.     

分析层合材料槽孔应力的新型特殊层合杂交应力元

基于一种新的非匀质材料的扩展Hellinger-Reissner原理,及当一个单元域划分为不同材料特性子域,其元内位移及应力沿子域表面不连续时有限元刚度列式的简便方法,建立了新的具有一个无外力圆柱表面层合杂交应力元。单元各层内以整体坐标表示并以自然坐标插值的应力场,通过以非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法得到,此应力场同时严格满足给定圆柱面上无外力条件。单元间及各层间位移连续条件分别通过Largrange乘子进行了松弛。数值算例表明:在相当粗的网格下,新型元可提供较一般假定位移元及一般假定应力元更为准确的槽孔层板孔边应力。     

尖角裂纹周围应力场分析

对于裂纹的分析,不仅要研究裂纹边界的应力状况,而且还要研究离开裂纹边界一定范围内的应力变化情况.针对尖角裂纹,采用弹性断裂理论和复变函数理论建立计算模型.通过保角映射方法建立精确的边界条件,解决了尖角裂纹的边界条件问题.根据所求得的尖角裂纹应力表达式对不同的裂纹张开角对应力分布的影响进行全面的研究.得到了不同张开角的尖角裂纹周围应力分布.并对不同裂纹张开角的应力场进行了比较全面的分析.     

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.     

含有贯穿厚度圆孔的无限大板的精确三维应力解

应力集中是船舶结构中十分常见且非常重要的现象。文章对远场单向拉伸载荷作用下的含有一个贯穿厚度圆孔的无限大各向同性弹性板进行了理论研究,基于Kane和Mindlin假设获得了三维应力场的精确解,给出了应力集中因子和离面应力约束因子的简明表达式。采用当前的理论解对应力集中和离面约束进行了全面研究,重点分析了板厚的影响。一个有趣的结论是板厚对于径向应力的影响要比面内的另外两个应力分量的影响高一个数量级。另外一个是离面应力约束因子随着半板厚h与孔半径R的比值的变化而改变,并且在垂直于拉伸载荷且沿着孔径的方向上其值在0与2/3之间变化。结果与有限元结果完好吻合,由此证明了当前理论解的正确性。     

单点腐蚀参数对船体板应力集中影响研究

为了研究含圆柱形单点腐蚀蚀孔的船外板孔边处的应力集中,建立了含圆柱形蚀孔的船外板有限元模型,对初始载荷的大小、蚀孔深度及半径对应力集中的影响进行了数值计算,基于最小二乘法拟合出了应力集中系数随蚀孔深度的变化曲线,研究表明,含圆柱形蚀孔的船外板孔边应力集中系数与初始载荷的大小无关,随孔深的增大而增大,随孔半径的增大而减小,且相对于孔半径的变化,孔深的变化对应力集中的影响更为明显。该研究可为考虑腐蚀的老龄舰艇强度计算提供参考。     

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.     

基于等效截面的复合材料板格弯曲正应力计算方法

复合材料板格作为复合材料基本板架结构力学性能的最小分析单元,是由不同厚度、不同材料和不同铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,推导一般情况下的复合材料板格中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,提出复合材料板格各单层弯曲正应力的计算公式。复合材料板格各单层的最大正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,从而将弯曲正应力计算公式由各向同性材料扩展到各向异性材料,为掌握复合材料板架结构应力水平提供方便。此公式形式简洁,便于工程应用。     

自升式平台的局部结构应力分析

利用有限元法对自升式海洋平台纵舱壁和横舱壁上开孔前后的应力进行计算,分析开孔形状及开孔处采用不同的加强方式对局部结构应力的影响,计算得到开孔不同形状及不同加强方式时结构的应力。在平台主体舱壁上开圆角矩形时应力较小,在开孔上增加面板可以显著降低孔边缘的应力。平台桩腿开孔时应力集中系数急剧增加,桩腿载荷不同对桩腿受力有很大影响。     

邮轮高腹板梁开孔应力分析

针对邮轮的甲板纵桁和横梁的腹板布置大量开孔,开孔削弱腹板截面尺寸,并且次弯距的影响显著,引起开孔边缘出现应力集中的问题,结合船级社规范开孔规则要求,采用有限元法分析开孔尺寸、开孔位置和补强方式对孔周切向正应力的影响,结果表明,孔周切向正应力对于开孔高度变化的敏感度大于开孔长度变化;当开孔的垂向位置越偏向面板时,孔周切向正应力增加趋势越明显;孔边缘加面板是最有效的减小应力集中的方式。     

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。     

锁相红外热成像技术应用于复合材料连接接头全场应力测量研究

为了克服传统电测法测量结构应力的种种不足,文章对应用锁相红外热成像技术进行复合材料结构应力测量的可行性进行了研究。在研究中,首先结合正交各向异性复合材料的热弹性理论（TSA）,提出了一种有效而又简洁的试验标定方法,并通过标定试验获取了文中所用玻璃钢材料所需的合理的加载频率f以及标定参数K,然后对两种典型的船用玻璃钢复合材料连接接头内的应力分布进行了测量,通过与数值计算结果的对比,验证了锁相红外热成像技术是一种快速、高效和可靠的结构全场应力测量手段。     

大开口船舱口角隅应力集中问题研究

建立了大开口船舶舱口角隅应力集中有限元计算模型,讨论了４种应力释放孔孔形以及无应力释放孔时舱口角隅处的应力分布情况,并讨论了加加厚板后的应力分布情况。从实用角度分析了应力释放孔和加加厚板的效果,为解决大开口船舶舱口角隅处应力集中问题提供了计算依据。     

复合材料桅杆应力分布特性及其极限载荷研究

船用复合材料桅杆采用新颖的八边形筒形结构,复合材料夹层板对于桅杆来说也是一种创新探索,对其应力分布特性和极限载荷的研究具有实际意义。通过力学分析,给出了桅杆在真实环境中所受到的三种载荷具体形式,并采用流体动力学方法,模拟出三种载荷共同作用下复合材料结构的受力响应情况,由此得到其应力分布规律。再通过大量计算得到不同蒙皮和芯材厚度下胶层应力随风速变化曲线,由此得到该种复合材料夹层结构在常用厚度范围内的极限载荷统计规律,以供参考。