外接平板型金属夹层结构连接构件极限强度分析

激光焊接钢质夹层结构在国外已用于实船,其连接形式是亟待解决的关键问题之一。基于有限元分析软件ANSYS,研究了面内载荷作用下,I型金属夹层结构外接平板型连接构件的失效模式和极限承载能力,以及5种典型初始缺陷的尺寸和连接构件的设计参数对极限载荷的影响规律。结果显示,连接构件较短时,结构失效的主导因素是焊接接头形成了塑性铰;连接构件较长时,主导因素是连接构件失稳。对于各种类型的初始缺陷,随初始缺陷尺寸的增大,极限载荷均降低;连接构件、以及靠近连接构件的夹层面板和夹层腹板的初始缺陷对极限载荷的影响较大。在控制重量的条件下,欲增大极限承载能力,最有效的途径是增大连接构件厚度,并选取合适的连接构件长度。     

内嵌方框型金属夹层结构连接构件极限强度分析

激光焊接钢质夹层结构在国外已用于实船,其连接构件的强度特性,是尚待解决的关键问题之一。基于有限元分析软件Ansys,分析在面内载荷作用下,I型金属夹层结构内嵌方框型连接构件的失效模式和极限承载能力,并研究不同形式、不同尺寸的初始缺陷,以及连接构件的设计参数对极限载荷的影响规律。结果显示,其失效模式是普通焊接接头处大部分区域均出现塑性变形,形成塑性铰。对于各种类型初始缺陷,随着其尺寸的增大,极限载荷均降低;夹层面板和连接构件水平板的初始缺陷对极限载荷的影响较大,夹层腹板和连接构件垂向板的初始缺陷的影响较小。在控制重量的条件下,欲增大极限承载能力,最有效的途径是增大连接构件水平板的厚度;选取合适的夹层面板端部长度;尽量减小水平板长度。     

I型金属夹层结构连接构件强度数值计算方法

激光焊接钢质夹层结构在国外已用于实船,其连接构件的强度特性是设计者关注的关键问题之一。应用有限元分析软件ANSYS,提出采用壳体连接技术和子模型法,对I型金属夹层结构的两种典型连接构件进行强度分析。通过与全部体单元模型计算结果进行对比,分析了多点约束、自由度耦合、约束方程和端面壳4种壳体连接方法和子模型法计算连接构件在面内、面外载荷作用下强度的计算精度。结果对比表明,在主模型网格划分合理的情况下,采用端面壳、壳—体多点约束的子模型法可取得较好的计算精度与操作简便性的平衡,同时,还可大大降低计算规模。     

激光焊接夹层甲板板格强度计算的子模型方法

提出了基于有限元软件ANSYS的激光焊接钢质夹层甲板板格结构强度计算的子模型方法。分别对考虑激光焊接焊缝缺陷的I型夹层板格结构的壳单元计算模型和体单元子模型进行强度分析,并与全部体单元模型的芯层与上下面板连接处及面板中部处应力分布计算结果进行对比,验证壳单元计算模型和子模型方法用于计算夹层甲板板格强度的正确性。计算结果表明,对强度特征关注区域,可建立多个体单元子模型,确定子模型边界影响区域范围,从而可较为准确地评估夹层甲板板格结构强度特性,包括焊缝处应力分布。壳单元计算模型可获得较为精确的板格变形值,但无法考虑激光焊接焊缝缺陷,获得的焊缝处最大应力值明显偏小。     

船用钢T型接头焊趾选择优化研究

针对船体焊接构件焊趾处应力集中影响船艇结构寿命的问题,利用有限元软件建立船艇重要区域中内龙骨的有限元模型,在约束和载荷相同的情况下,对比分析不同焊趾形式及尺寸T型接头的应力分布和疲劳寿命。研究表明,对于陆军船艇而言,平面形焊趾形式应力集中程度较小,焊后加工方便,适合船艇修理实际要求;焊脚尺寸为4~6 mm的平面形焊趾形式的T型接头疲劳寿命最大,在船艇T型构件焊接时焊脚尺寸应选用此范围内。     

压缩载荷下金属波纹夹层梁稳定性试验与数值分析

针对一个激光焊接金属波纹夹层梁模型,设计轴向压缩载荷下稳定性试验方案,通过试验获得夹层梁结构失稳临界载荷(极限载荷)及破坏模式。采用有限元软件ANSYS计算、探讨轴向压缩载荷下夹层梁结构的稳定性,数值计算结果与试验结果吻合较好。最后,对夹层梁结构在轴向压缩载荷下的临界失稳承载能力进行参数化分析。计算结果表明:在增加相同重量的前提下,增加下面板的厚度或芯层的厚度更有利于提高夹层梁结构的轴向临界失稳承载能力。     

冲击波和破片联合作用下I型夹层板毁伤仿真

基于非线性有限元软件LS-DYNA,通过在TNT炸药底部布置预制破片模拟战斗部爆炸产生的冲击波与破片联合作用载荷,计算3种TNT炸药当量下I型夹层板的毁伤响应,分析冲击波单独作用及冲击波与破片联合作用下I型夹层板失效模式的差异,研究夹层板芯层配置以及上、下面板厚度配置对其失效模式的影响,并与等效实体板的抗毁伤性能进行对比。同时,从吸能的角度分析不同载荷工况下I型夹层板的吸能特性。数值仿真结果表明:在冲击波与破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波单独作用时;当载荷强度较小时,I型夹层板的抗毁伤性能优于等效实体板;载荷强度、载荷类型(冲击波单独作用或冲击波与破片联合作用)及上、下面板厚度配置对I型夹层板的失效模式有较大影响;从吸能特性来看,在冲击波单独作用下,上面板和芯层是主要的吸能构件,而在冲击波与破片联合作用下,上面板和下面板是主要的吸能构件。     

海洋平台复杂结构焊接残余应力高效预测及焊接顺序优化

海洋平台轴承座结构具有焊缝多且分布比较集中、采用多种高强钢、各构件厚度差异大、整体尺寸大、焊缝拘束大等特点,焊接易造成该结构高幅值且分布复杂的残余应力.文中综合应用结构简化、带状热源、焊道合并等多种方法,对海洋平台轴承座结构的焊接残余应力分布进行高效预测;并根据实际尺寸制造模拟件,测试该模拟件的应力来验证计算结果;结合计算结果分析了该结构焊接应力集中区域产生的原因,最终运用高效计算方法优化了该结构的焊接顺序,并改善了该结构中危险焊缝的应力状态.分析结果表明:多构件复杂结构焊接时,小刚度构件在易变形的方向上受到其他焊缝收缩产生的弯矩作用是造成结构局部焊缝应力集中的主要原因,调整焊接顺序可以有效避免局部区域的应力集中.     

四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析

针对激光焊接金属波纹夹层梁模型,进行四点弯曲试验,获得夹层梁结构的破坏模式。采用有限元软件ANSYS,分析四点弯曲载荷下该结构的极限承载能力,结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好。进一步分析波纹夹层梁上面板厚度、下面板厚度、芯层板厚度及芯层高度对其极限承载能力的影响。数值结果表明:在增加同等质量以提高波纹夹层梁的结构极限承载能力时,增加芯层高度和上面板厚度是较为有效的方式,相比之下,增加芯层厚度或下面板厚度对提高极限承载能力的效率要低一些。     

多型船体主要构件端部肘板在等载荷条件下强度及疲劳寿命的对比

为比较船体主要构件端部不同连接形式的区别,采用MSC_Patran软件[1],通过有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法[2],在同等载荷条件下,分别对多型肘板连接形式进行常规强度计算以及疲劳强度计算,得出主要船体构件及肘板上的应力分布和疲劳寿命,进行分析对比.     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

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.     

Modeling and analysis of thin-walled Al/steel explosion welded transition joints for shipbuilding applications

The study presents an analysis of S355J2+N steel and AA5083 aluminum alloy welded structural joints using explosion welded transition joints of reduced thickness. The transition joint thickness reduction significantly hinders the welding of the joints due to the risk of damage to the Al/steel interface as a result of the high temperatures during welding. Numerical modeling of the welding process is performed to determine safe welding parameters for the transition joint. The numerical analysis is supported by measurements of the temperature areas by a thermographic method. Welded structural joints are analyzed to determine the welding influence on the mechanical properties and microstructure of the transition joints. On this basis, a number of tests are carried out, including microhardness distribution measurements, strength tests of joints in two welding configurations and strength tests of the microspecimens of transition joints. Moreover, an experimental and numerical analysis of strain and stress distributions is carried out in combination with the use of the finite element method and digital image correlation, which allow us to identify the critical areas of the joints with regards to their strength. The results of the microstructural and strength tests carried out using macro- and microspecimens show softening of the aluminum alloy layers. However, the AA5083 and AA1050 layer softening as a result of welding did not reduce the load capacity of the transition joints, which could determine the strength of the dissimilar Al/steel welded structural joints.     

Stress magnification effect of initial deformation on the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints

Compared with thick plate welded joint, the welding joint of thin plate will produce initial deformation due to its low bending rigidity. The existence of initial deformation will cause the welded structure to produce secondary bending effect, which will produce greater stress magnification effect at the weld toe and seriously affect the fatigue strength of thin plate welded joints. Therefore, based on the correction formula of thick plate, considering the influence of initial deformation and geometric nonlinearity of thin plate, this paper deduces the stress magnification factor formula at the weld toe of T-shaped and cruciform specimens. The accuracy of the revised formula is further verified by comparing the notch stress calculated by the modified formula with the FE results. Finally, the modified formula is applied to the notch stress and fatigue evaluation of typical thin plate welded joints respectively. The results show that the proposed notch stress calculation formula can fully consider the stress amplification effect of thin plate structure, and can be used to quickly evaluate the notch stress field and fatigue strength of thin plate welded joints.     

穿透裂纹薄板拉伸强度影响参数的有限元分析

对穿透裂纹薄板拉伸强度的影响参数进行了有限元分析.分析结果表明,具有穿透裂纹的薄板的拉伸强度受到板的材料屈服强度、泊松比,裂纹长度、开裂角度、开裂位置,板的长宽比、厚度,边界加载条件以及有限元分析网格精度的影响.文中给出了这些因素的影响曲线以及考虑影响参数的穿透裂纹薄板拉伸强度经验计算公式.     

舰用钢质夹层结构连接节点研究现状综述

激光焊接钢质夹层结构的连接节点,是钢质夹层结构在舰船应用中的关键问题之一。梳理了钢质夹层结构之间、钢质夹层结构与传统船体结构之间的典型连接节点;阐述了钢质夹层结构连接节点的必要性和重要性,分析了连接节点设计需考虑的多种因素：连接强度、制造工艺和结构重量;汇总了平面对接的连接形式的现有研究成果,并总结了2种高效的有限元分析方法：平面应变模型的分析方法和壳-体连接结合子模型的分析方法。     

等效热点应力法结合临界面法评估焊接接头多轴疲劳强度研究

基于焊缝本身引起的非线性分布应力自平衡的性质,在板厚方向应力峰值零点位置定义等效热点应力,结合基于临界面法的MWCM法建立评估复杂焊接接头多轴疲劳强度的方法。采用数值计算分析零点位置的变化规律,建立零点位置拟合方程。利用公开发表的试验数据以及现有的热点应力法有限元计算结果对等效热点应力法进行精度验证。结果表明,等效热点应力法和现有的热点应力法具有很好的一致性,能在一定程度上考虑厚度效应对疲劳强度的影响,可以评估多轴疲劳强度。     

带有大开口的玻璃钢游艇舷侧夹层板架结构强度分析

为了避免玻璃钢游艇在角隅区域产生疲劳裂缝,对船体结构造成危害,需要对该部位进行强度校核。在研究玻璃钢游艇的基础上,用ANSYS软件建立大开口舷侧板架有限元模型,采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析其结构强度,试航结果表明,计算结果可靠。