考虑焊接残余应力的船体板结构屈曲强度

传统的船体板结构屈曲计算模型一般为完整板格模型,但在实际中焊接残余应力的影响是不可避免的。针对这一问题,基于有限元热-力顺序耦合方法,计算加筋板在单轴压缩载荷下的屈曲特征值,结果表明纵筋间距越大,焊接残余应力对加筋板稳定性的影响越大;纵筋长细比越大,焊接残余应力对加筋板稳定性的影响越小。与Recking No.23模型试验对比,验证了热-力顺序耦合方法的有效性和应用价值。     

加筋板格高级屈曲分析技术研究及软件开发

文章给出了基于弹性大挠度理论和刚塑性分析的加筋板格高级屈曲分析方法(EPM),该方法包括五种失效模式,即正交加筋板格整体屈曲、纵向加筋子板格整体屈曲、纵向加筋和带板的局部屈曲或屈服、纵向加筋的侧倾以及全部屈服,可以考虑初始挠度和残余应力的影响以及双向压缩和侧向载荷的联合作用。以EPM方法为核心开发了加筋板格高级屈曲分析软件系统,包括任务管理、数据输入、屈曲分析、结果查看、能力曲线和文件分析等六个模块。为验证EPM方法的精度进行了系列纵向加筋和正交加筋板格试验模型的比较计算,并计算了四种典型加筋板格的双向应力能力曲线,与板格极限状态分析（PULS）软件和协调共同结构规范（HCSR）方法进行了比较分析。结果表明EPM方法可以分析联合载荷等因素对加筋板格极限强度的影响,文中开发的软件系统可用于加筋板格高级屈曲分析。     

加筋板整体屈曲临界应力计算与分析

利用解析法对加筋板稳定性进行了研究,忽略材料非线性的影响,利用理论方法求解四边简支加筋板的整体屈曲临界应力。对有一根加强筋的加筋板,定义板的挠曲函数,将其代入边界方程和协调方程,求解线性方程组的特征方程得到加筋板的临界应力。对有2根或多根加强筋的规则加筋板,利用能量法导出统一计算的公式得到临界应力。最后,利用有限元软件Abaqus和Nastran进行数值仿真,与理论解比较后得出本文计算方法是正确的,可以准确求解加筋板的稳定性问题。     

侧向载荷作用下的T型加筋板梁柱屈曲载荷-端缩曲线修正

加筋板单元的载荷-端缩曲线是影响Smith法计算精度的重要因素,而目前HCSR规定的载荷-端缩曲线尚未考虑侧向载荷的作用。为了计入侧向载荷对加筋板单元载荷-端缩曲线的影响,拓宽Smith法的适用范围,采用非线性有限元法,计算192个具有梁柱屈曲破坏模式的T型加筋板单元,在纵向压缩载荷和侧向载荷作用下的极限强度。通过回归分析,得出在侧向载荷和纵向压缩载荷联合作用下,T型加筋板单元在梁柱屈曲模式下的载荷-端缩曲线修正公式。对8个T型加筋板模型分别采用修正公式和非线性有限元法计算结构的临界应力和临界应变,2种计算方法结果相对误差小于10%,验证了修正公式的有效性。     

单根加筋板整体屈曲临界应力计算与分析

目前,对加筋板稳定性的研究多采用有限元法,缺乏理论指导。本文忽略材料非线性的影响,利用理论方法求解四边简支加筋板的整体屈曲临界应力。对有单根加强筋的加筋板,首先假设板的挠曲函数,接着将其代入板和加强筋的边界方程和协调方程,最后解线性方程组的特征方程得到加筋板的临界应力计算公式。为了验证该公式正确与否,选取多个算例,利用有限元软件Abaqus和Nastran进行数值仿真,与理论解比较后得出本文推导的公式是正确的,并得出临界应力随γ和δ的变化趋势。     

初始缺陷加筋板的屈曲与后屈曲分析

本文分析了加筋板非线性屈曲与后屈曲，采用离散加筋板模型。考虑初始缺陷的存在，忽略筋截面上的剪切应力，引入板和筋的应力函数，得到加筋板的非线性控制方程，假设挠度和初始缺陷为双级数形式，最后运用迦辽金方法求解。     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

为了掌握铝合金加筋板角接焊过程的温度响应和结构响应,基于顺序耦合法开展了 5083铝合金加筋板角接焊的数值模拟,其中采用了双椭球热源模拟M1G焊的热输入,并通过生死单元法模拟焊料填充,较精确地模拟了铝合金MIG焊的焊接过程.数值结果较好地反映了铝合金角接焊时结构的温度变化特征,残余应力计算结果表明:焊缝处的最大焊接残余应力与材料屈服限相当;不同约束方式下的焊接残余应力分量的峰值差异很小,沿焊缝中心和板中线的残余应力分布也基本一致.     

加筋板壳结构冲击屈曲研究

本文对近年来加筋板壳结构的冲击屈曲研究进行了回顾，对不同冲击载荷作用下加筋板和加筋圆柱壳的冲击屈曲现象分别做了阐述；讨论了冲击载荷、几何尺寸、初始缺陷以及加筋形式等因素对冲击屈曲的影响；最后指出了需进一步深入研究的问题。     

计及横向应力和垂向载荷影响的加筋板格有效板宽的理论计算方法

本文基于大挠度理论导出了计及初始挠度、爆接残余应力、横向应力和垂向载荷等影响的加筋板格的有效带板宽度的理论计算公式。板中焊接残余应力的分布形式采用Faulkner模型;考虑了4种垂向载荷形式;均布载荷,沿x方向的三角形分布载荷、沿y方向的三角形分布载荷、集中载荷。数值算例表明了上述诸因素均对有效板宽有一定影响。本文的理论计算公式为准确计算板的有效宽度提供了一种精确有效的方法。     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题,使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真,获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下,加筋板横截面的变形为中垂变形,纵筋的变形为中拱变形,方案1横截面变形更小,方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力,其在近焊缝区为拉应力,达到材料屈服强度,远离焊缝区表现为压应力,达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端,约为0.85倍材料屈服强度,纵向应力峰值出现在焊接起弧端,约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置,焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力;在加强筋位置,焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接,且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。     

SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的应用

按简单条分法和简化毕肖普法,通过算例阐述了SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的计算原理和应用,指出SLOPE/W软件虽然在输入时没有区别总应力参数和有效应力参数,但结合输入时是否定义孔隙水压力,用户可以从计算方法的原理上来区别软件是按总应力法还是按有效应力法计算.     

预拉伸法降低异种钢焊接残余应力的作用研究

采用热弹塑性有限元法计算了Q235钢与304不锈钢平板对接焊在不同预拉伸应力作用下的焊接残余应力场,计算结果表明,焊接残余应力呈现非对称式分布,纵向残余应力的峰值均出现在304不锈钢一侧且高于其屈服强度。预置纵向拉伸应力能显著降低纵向焊接残余应力,而且当预置拉伸应力越大时（低于屈服强度）,降低焊接残余应力的效果越明显。采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接材料表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好。     

PHC桩损伤处应力释放与水平受力影响分析

基于大型有限元软件ANSYS建立单桩有限元模型,以某5万DWT高桩码头为例,计算分析PHC桩在桩基完整性检测割桩处的应力释放以及损伤对水平承载的影响。结果表明:PHC桩在割桩损伤处应力释放明显,损伤区域应力变化剧烈,损伤处应力变化规律和应力集中系数与桩的预应力水平无关;水平荷载作用时PHC桩的预应力对于提高损伤桩的抗裂效果明显,损伤处受应力集中影响,预应力水平越高损伤处应力变化越大,而且最不利应力位置也下移到损伤平台内侧处。     

LNG管道冷应力数值模拟

在LNG船舶设计建造中,用于运输、装卸的液化低温管道需承受-160 ～+80℃的温差变化,在这个过程中极易对船舶的管道造成应力损伤,因此有必要对LNG船舶管道进行应力分析.文章基于CFD建立T型三通管管道模型,利用FLUENT软件进行数值模拟,从不同支管管径和不同预冷速度2个角度,研究支管管径、进口流速对三通管内压力场...     

预应力混凝土管桩现存应力测试方法研究

利用应力释放的力学原理,开展预应力混凝土管桩现存应力测试方法研究,通过数模分析得到不同钻孔深度和孔径对应力释放程度的关系曲线,给出在不损伤内部主筋情况下根据结构特点选取合理钻孔深度和孔径的方法,并通过相应的现场试验进行验证。     

Residual stress measurement in an extra thick multi-pass weld using initial stress integrated inherent strain method

Residual stresses existing in a multi-pass butt joint with a thickness of 70 mm, using a flux-cored arc welding process, were measured by an inherent strain method (ISM). Since such a thick plate before welding contains a large amount of initial residual stresses (−300 to +100 MPa), the initial stresses were integrated with conventional ISM in order to determine the total residual stresses in a welded joint. Two methods named as initial stress integrated ISM and initial inherent strain integrated ISM were suggested for the consideration of the initial stress distributions through the thickness of base plates. The results show that there is a significant difference between the integrated ISM with initial stresses or initial inherent strain and the conventional ISM without initial stresses. The residual stresses measured by any of the initial stress integrated ISM and initial inherent strain integrated ISM agreed well with the neutron diffraction measurement. Thus, the proposed initial stress integrated ISM is a proper destructive measurement method in the case of thick weld joints.     

Hoop stress approximation in offshore design codes

For a circular cylindrical vessel with an elastic material, Lame equations can accurately predict hoop stress variation within the vessel wall. However, because of the complexity involved in Lame formulations they are seldom used in design. In this paper, Lame equations are reproduced in terms of vessel outer and material cross-sectional areas and presented in a very simple format that enables hoop stress calculation without use of any approximation. Lame equations are also presented in terms of diameter-to-wall-thickness ratios in order to perform parametric studies. For a practical range of diameter-to-wall-thickness ratios the Lame hoop stress predictions are compared with approximate solutions of a selected design codes. For a range of loading conditions, comparison of results shows that a number of design codes overestimate the hoop stress. In contrast, a selection of offshore codes is shown to underestimate the hoop stress and, for a certain loading condition some codes ignore the hoop stress effect completely. The present paper also shows how the hoop stress approximation may lead to onerous results when the true wall axial stress is derived based on design code hoop stress formulations. It is concluded that what makes the present hoop stress formulations so important in design is their ability to interpret the mechanics of behavior that Lame equations strived to reveal.     

高架索索道系统研究中的恒张力假设

在国内进行索道系统研究中,基本假设索道为均匀弹性钢索,且沿同一钢索上的张力恒定。本文基于抛物线理论对海上横向干货补给高架索索道系统的静力学问题进行理论推导和分析,得到了悬索的近似静力构型和相关分量的表达式,并通过算例进行验证,证明了该结论的正确性。     

Residual stress distributions in ship hull specimens

This paper provides an in-depth study of residual stress distributions found in stiffened steel plate structures, such as those typically used in ship hulls. The effect of stiffener spacing on the distribution of residual stress components was studied. The welding heat input was also varied between high and moderate to study the effect of heat input level on residual stress distributions. Four specimens, resembling typical stiffened steel plate structures used in ship hulls were built and tested. Steel plates of 9.5 mm thickness were stiffened by welding L127 × 76 × 9.5 steel angles. The test was completed using the neutron diffraction method. The three normal components of residual stress were obtained in this study. It was found that a lower heat input results in higher tensile residual stress and that there exists a critical stiffener spacing somewhere beyond 250 mm that creates a maximum tensile residual stress value near the welded connection.     

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。