含坑点腐蚀的壳体有限元方法

建立了坑点腐蚀壳板的分层模型(腐蚀层+完好层),求出了腐蚀层的等效材料常数(等效弹性模量和等效泊松比).开展了坑点腐蚀的应力集中分析,坑点腐蚀壳板的应力集中可分为薄膜应力集中和弯曲应力集中.以超参数壳元为基础推导了坑点腐蚀壳体单元,导出了坑点腐蚀壳体单元的刚度矩阵和等效结点载荷向量的有限元表达格式,单元刚度矩阵通过沿壳体厚度方向的分段积分求得,在积分时腐蚀层的材料常数取力学等效的材料常数,在计算单元等效结点载荷向量时考虑了由腐蚀引起的偏心载荷,在求解单元应力时考虑了坑点腐蚀应力集中的影响,并对应力进行了相应修正.     

含坑点腐蚀的深海耐压球壳有限元分析

对于含坑点腐蚀等局部缺陷的球壳结构,由于结构的不连续性以及缺陷部位应力状态的三维特性,因此很难用传统的连续介质理论及板壳理论进行求解。为了对含坑点腐蚀的球壳的强度、稳定性进行精确分析,文中分别采用坑点腐蚀壳体单元(Pitting Corrosive Shell Element,PCSE)、基于多点约束(Multipoint Constraint,MPC)的壳体单元-实体单元集成以及实体单元三种方法进行对比计算,对比结果表明,采用PCSE方法的计算效率最高,且计算结果的精度满足工程应用要求。最后,基于PCSE方法并通过方差分析,讨论了坑点腐蚀对球壳强度及稳定性的影响。     

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。     

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。     

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。     

耐压壳体局部腐蚀稳定性计算方法

文章提出了可以计及局部腐蚀损伤影响的等效层合单元方法,建立了局部腐蚀等效弹性模量计算公式,针对耐压壳体局部腐蚀深度、腐蚀强度、腐蚀范围和初挠度进行了系列稳定性数值计算,通过计算结果的对比分析提出了将局部腐蚀等效为附加多波挠度的稳定性近似计算方法,给出了附加挠度幅值的计算公式,可用于耐压壳体局部腐蚀的稳定性分析。     

等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力

[目的]为探索波纹夹层板弯曲问题的计算方法,求解波纹夹层板的弯曲变形与应力,提出一种等效刚度法。[方法]将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性体,应用卡氏定理求解芯层的等效弹性模量,最后应用层合板理论计算夹层板的整体刚度。依据夹层板的整体刚度,求解正交异性板的弯曲平衡方程,计算出夹层板的弯曲变形分布;通过求出的变形,应用虎克定律,即可推导夹层板的弯曲应力分布。[结果]通过算例验证,与文献[7]的方法相比,本文方法计算的刚度误差为-6.98%;与有限元法相比,本文方法计算的夹层板变形最大误差为-2.01%,应力最大误差为3.63%。[结论]这种分层累加计算整体刚度的方法,不仅可避免完全直接采用文献[7]的方法计算刚度时的复杂繁琐推导,而且用于弯曲计算还可获得较好的精度。     

体-壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用

研究体-壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用,主要考虑多点约束(MPC)法在处理体单元与壳单元连接时的计算精度和效率。在Ansys中建立相应的模型,并与全壳单元模型及全实体单元模型的计算结果进行对比。结果表明,采用体-壳单元组合建模的模型在孔周壳板应力、结构屈曲模态及极限失稳响应等方面的计算结果与全壳单元模型及全实体模型偏差较小,结果比较可靠。     

考虑剪切影响的Mindlin板单元质量阵

Mindlin板的弹性势能中含有剪切应变能项,而与动能相对应的质量阵中却不包含与剪切变形相对应的质量项,因此求得结构的固有频率偏高,在高阶频率时偏差更大.为了提高板壳结构频率的计算精度,本文提出在形成Mindlin板单元质量阵时将剪应变看作等效的转角项计入系统的动能中,从而使Mindlin板的质量阵中包含剪切变形的影响.算例表明:在同样的网格条件下,采用该质量阵计算得到的频率比采用原先的Mindlin板的质量阵计算得到的频率精度更高.本文还给出了四结点任意四边形考虑剪切影响的Mindlin板单元质量阵的构造方法.