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。     

计及残余应力和附连板屈曲后应力分布变化影响的船体板架加强筋侧向屈曲

作为薄壁杆件,船体加筋板架中的加强筋在轴向压力的作用下可能发生绕定轴的侧向屈曲.本文采用了Faulkner残余应力模型和经验公式计算附连板屈曲以后应力分布的变化.在用能量法求解加筋板的侧向屈曲弹性临界应力时,在广义特征值方程中计及残余应力和附连板屈曲后应力分布变化的影响.     

双向密加筋板强度公式的推导及其修正

将双向密加筋板简化成正交异性板模型,通过对平衡方程的无因次变换,利用各向同性板的弯曲要素,求得正交异性板在均布载荷下的最大应力值。具体分析5种加筋板结构形式、2种加强筋类型和2种加强筋的尺寸。计算结果表明,文中提供的公式可以准确地对双向密加筋板的强度进行预报。     

加筋板大挠度弯曲变形分析《中国造船》2001．6 P40～47

本文提出了一种加强筋大挠度弯曲变形的新解法,本法将离散的梁与板结合起来建立一个统一的控制方程。然后引入板、板长方向和板宽方向加筋三个不同的应力函数,通过函数将加筋板应力场离散,根据加筋板的平衡方程和变形协调条件。推导出加强筋板的Von-karman方程。运用加强残值法,可以解出不同边界条件下的加筋板大挠度问题。最后还给出了几个计算实例,表3。     

一种复合材料加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法

复合材料加筋夹芯板作为复合材料基本板架结构力学性能分析单元,是由夹芯板和加强筋组成,其蒙皮由不同厚度、不同材料和一定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,将蒙皮等效成正交各向异性层合板,推导一般情况下的复合材料加筋夹芯板中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,将加筋夹芯板截面等效成单一材料的组合截面,提出复合材料加筋夹芯板弯曲正应力的工程计算公式。复合材料加筋夹芯板各部分的最大弯曲正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。本文提出的加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法,与有限元计算结果十分接近,主要弯曲正应力计算值与有限元值误差不超过10%,可以满足工程上的计算要求。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,给掌握复合材料板架结构应力水平带来方便。     

双向正交密加筋板的极限强度预报

采用数值分析方法,对一系列单轴受压的双向正交密加筋板进行了有限元非线性计算。基于有限元数值计算结果和正交异性板理论,引入纵向加强筋的柔度λx、横向加强筋的柔度λy以及密加筋板的柔度β这3个参数变量,提出了关于这3个参数变量的双向正交密加筋板极限强度预报公式。对3种类型加强筋的双向正交密加筋板的极限强度分析结果表明,预报公式结果与有限元计算结果的绝对误差很小,能准确预报双向正交密加筋板的极限强度。     

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。     

基于数值方法求解的周期加筋板声振特性研究

为了研究周期加筋板的声振特性,在文献所建立的周期加筋板声振理论耦合方程解析表达式的基础上,先给出一种便于编程的数值求解方法,然后研究加强筋间距对周期加筋板声振特性的影响规律。数值结果表明:周期加筋板的横向位移谱中存在3个特征区域;随之加强筋间距增加,周期加筋板的声振特性将趋于平板特性,远场辐射声压(SPL)曲线会向低频段偏移。     

爆炸载荷作用下单向加筋板的塑性动力响应分析

从加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下单根加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明:加筋板的运动,取决于加强筋的相对刚度以及载荷峰值的大小,将呈现出3种不同的模式。研究仅限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了单向加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。得到的理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明简化理论分析方法能对爆炸载荷下单向加筋固支方板的永久变形做出较为合理的预报。     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

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。     

含裂纹加筋板在压缩载荷下的剩余极限强度试验研究

在老龄化引起的船舶结构安全性问题中,裂纹损伤是结构强度衰减的一个重要因素。文章采用逐步加载法对含裂纹损伤的加筋板压缩剩余极限强度进行试验研究。设计六种典型的穿透裂纹损伤加筋板,对损伤试件进行轴向压缩试验。通过改变裂纹尺寸、位置及倾角参数并根据试验观测结果,探讨了不同裂纹参数下加筋板的屈曲破坏特点和对剩余极限强度影响。试验结果表明,不同的裂纹长度以及裂纹位置改变加筋板结构承载力的分布,影响结构应力应变场,进而改变其失效崩溃模式;倾角为45°的裂纹相对于垂直于加筋的裂纹对加筋板结构的剩余极限强度影响较小,此外初始缺陷对结构的剩余极限强度的影响也不容忽视。     

New simplified approach to collapse analysis of stiffened plates

A new simplified model for collapse analysis of stiffened plates is developed in the framework of the idealized structural unit method (ISUM). By idealizing material and geometrical nonlinearities, larger structural units are defined as an element in ISUM than in conventional finite element analysis (FEA). The proposed stiffened plate model consists of ISUM plate elements and beam-column elements. The formulation of the plate element is performed by introducing accurate shape functions to simulate the buckling/plastic collapse behaviour of plate panels. Combining plate and beam-column elements allows for both local buckling of the plate panel and overall buckling of the stiffener.Fundamental collapse modes of plate panels and stiffened plates are investigated by conventional FEA. According to the observed characteristics, the new simplified model is formulated. Comparisons with FEA demonstrate the accuracy of the simplified model and its high applicability to typical stiffened plates in marine structures.     

Interactive flexural-torsional buckling behaviour of stiffened plating

Results from a series of studies on stiffened plates under axial compression are presented in this paper. The large-deflection elasto-plastic behaviour of each panel component is described by the von Karman equations, thus enabling the lateral-torsional buckling of the stiffener to be modelled in a rigorous manner. Material nonlinearity is represented using the von Mises yield criterion in conjunction with the Prandtl-Reuss flow rule. Results are presented in the form of average stress-strain curves which are used to generate maximum strength curves for the stiffener and plate.     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

循环荷载作用下加筋板格单元的损伤累积及力学模型研究

为了计算加筋板和船体梁在循环荷载作用下的极限强度,将一种能够考虑损伤累积和构件局部屈曲的一维钢材等效本构模型引入到加筋板格单元中,提出加筋板格单元在轴向循环荷载作用下的损伤累积力学模型,采用Visual Basic程序编制了计算程序,对若干加筋板格单元在双向轴向循环荷载作用下的承载性能进行计算研究,并使用非线性有限元软件Abaqus进行对比验证,结果表明所提理论方法具有较好的精度。     

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.     

Elastic local buckling strength of stiffened plate considering plate/stiffener interaction and welding residual stress

An analytical formula for estimating elastic local buckling strength of a continuous stiffened plate subjected to biaxial thrust is derived considering the influence of plate/stiffener interaction and welding residual stresses. Through a comparison of calculated results with those by FEM eigenvalue analysis, high accuracy of the proposed formula is demonstrated. A series of buckling strength analyses is performed on the deck and bottom plating of actual ships. It has been found that:

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冲击载荷下加筋板非线性瞬态分析

本文用半解析的方法分析了横向冲击载荷下加筋板的非线性瞬态响应。考虑膜力的存在，忽略筋截面上的剪切应力，引入板的应力函数，采用离散加筋板模型，运用能量原理建立加筋板的动响应控制方程。假设挠度为双级数形式，运用迦辽金法，将加筋板的动响应方程转化为一个多自由度的动力系统，采用数值方法来求解。本文最后给出了几个模型的计算结果。