主管受拉K型管节点抗冲击性能有限元研究

偶然荷载引起的撞击会造成海洋平台中的管桁架严重损伤,尤其是管节点的破坏,严重时会导致整个平台的损坏,因此管节点是海洋平台设计研究中的一个重要内容.本文以海洋平台中常见的K型管节点为研究对象,利用有限元软件ABAQUS研究了3个主管在受拉状态下的K型管节点的抗冲击性能.在研究过程中以几何参数和荷载参数为主要变量,分析了各相关参数对管节点的抗冲击性能的影响.确定了K型管节点在冲击荷载作用下的破坏模态.在对冲击力、位移、能量耗散等时程曲线的分析中揭示了抗冲击性能工作机理.研究结果表明:支主管的径厚比以及支管的拉压状态对管节点所受到的最大冲击力和节点变形具有较显著的影响.     

神经网络在单桩承载力预测中的应用

运用基于BP神经网络的组合预测模型对PHC桩的极限承载力进行预测。分别利用灰色GM(1,1)模型和BP神经网络对桩在荷载作用下的沉降进行估算,然后利用人工神经网络中的BP网络对所得的结果进行组合预测;最后利用Lagrange算法计算桩的极限承载力。计算实例表明,使用该组合预测方法所得的预测结果比单纯使用灰色GM(1,1)模型或神经网络模型所得结果的总体误差要小,因而该方法是可行的、有效的。     

碳纤维缠绕复合材料在潜水外压容器上的应用

在铝合金圆筒体以外以浸渍树脂碳纤维进行缠绕复合增强，可大幅度提高筒体的耐静水外压能力，整体缠绕的全复合材料筒体，在耐静水外压能力及减轻自身重量方面也获得了明显的效果。此外，在铝合金细长圆管的外壁复合缠绕纤维，能有效地提高圆管对轴向压载荷的抗失稳与抗屈曲破坏能力。     

轴力作用下T节点焊缝周围的平均应力分布

平均应力模型法是评价海洋平台中管节点疲劳寿命的一种方法,这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值和焊缝周围的应力分布确定的。管节点焊缝周围应力分布通过一个平均应力分布参数AVS描述。本文研究了轴力作用下T节点的AVS大小,通过对127个不同几何参数的T节点模型的计算,调查了几何参数对AVS的影响,提出了用于计算AVS的参数方程,从而完善了传统的平均应力模型,为轴力作用下T节点的疲劳寿命计算提供了一种快速而高效的方法。     

深水导管架桩腿制造误差与抗屈曲特性研究

文章通过典型算例详细阐述了具有制造误差的深水导管架桩腿屈曲分析方法,将线性扰动加载的特征值届曲预测算法和描述几何非线性屈曲过程的改进的Riks算法应用于导管架桩腿的详细设计校核,对比研究了模态扰动模拟制造误差和直接模拟制造误差模型的分析结果,并对典型桩腿结构在静水外压下的弹塑性屈曲响应特性进行了研究.分析结果表明,随着制造误差的增加,导管架桩腿抗静外压的临界屈曲载荷在下降,而且制造误差大的桩腿的极限承载能力较低.     

梁板式高桩码头极限承载力概率分布

极限承载力概率分布是结构可靠度计算要解决的主要问题之一。针对在役高桩码头结构安全评估问题,选择结构材料性能参数与几何尺寸参数为随机变量,基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗法建立典型梁板式高桩码头极限承载力概率分布模型及统计参数。研究了水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布及损伤位置、损伤程度和损伤数量对高桩码头极限承载力概率分布及统计参数的影响。结果表明:水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布为正态分布,损伤位置、损伤程度和损伤数量不影响结构极限承载力的概率分布。在水平荷载作用下计算损伤结构的可靠指标时,可以采用无损结构极限承载力概率分布及统计参数进行计算。     

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。     

经验法与试桩法的单桩承载力对比研究

天津某码头工程拟采用预应力混凝土方桩进行码头施工建设.在前期的勘察过程中研究确定单桩轴向极限承载力,对后续工程的设计、施工工作至关重要.现场勘察项目部在本工程的前期勘察工作中组织安排了单桩静载试验,同时依据有关规范使用地区经验值进行单桩轴向承载力估算工作.基于工程实例,对拟采用的预应力混凝土方桩,运用规范经验法与试桩静...     

Instabilities in imperfect thick cones subjected to axial compression and external pressure

The paper presents results of a numerical study into the buckling resistance of geometrically imperfect mild steel cones subjected to: (a) axial compression only, (b) lateral external pressure only, and (c) axial compression and external pressure acting simultaneously.Initial geometric imperfections are taken in the form of the eigenmode, `a single wave' extracted from the eigenmode and localized smooth dimple modelled analytically. Load carrying capacity of imperfect models is computed using the Finite Element proprietory code.Buckling strength of axially compressed and imperfect cone is only 55% of geometrically perfect model. Buckling strength of a cone subjected to lateral pressure, on the other hand, amounts to 43% of the corresponding value of perfect model. But it is the shrinkage of stability plot of imperfect cone which was found to be significant. For imperfect cones subjected to combined axial compression and external pressure, the collapse envelope shrinks by 48% with the elastic sub-set being reduced by 51%.     

A numerical investigation into strength and deformation characteristics of preloaded tubular members under lateral impact loads

This paper presents the results of a numerical investigation into the structural behaviour of preloaded tubular members under lateral impact loads by means of finite element method. The lateral load represents a statically modelled impact from collision between tubular member and a solid rectangular indenter. Three different kinds of end conditions have been applied to the model and the effects of boundary conditions are investigated. Also, the effect of preloading on the buckling strength as well as the ultimate strength for laterally impacted tubes is assessed and it will be shown that preloading and position of applying force directly affect these strengths. In other words, by increasing in the amount of preloading, ultimate strength reduces and member tends to collapse under lower amounts of loads. The influence of the position of applying lateral load has also been addressed and relevant results will be discussed. In order to verify the performance of numerical model, the results have been examined against an available experimental test.     

Reliability analysis of a bulk carrier in ultimate limit state under combined global and local loads in the hogging and alternate hold loading condition

The alternate hold still-water loading in hogging combined with wave loading is critical for the safe design of bulk carriers. The ultimate longitudinal strength of the hull girder of bulk carriers in this condition has been found to be considerably reduced by the action of local lateral pressure loads. In the present paper, an interaction equation based on the ultimate hull girder strength assessment obtained by nonlinear finite element analyses is adopted to consider the relationship between ultimate longitudinal bending capacity and average external sea pressure over the bottom. This interaction equation is used as the basis for the failure function. The annual probability of failure is obtained by FORM analysis considering two typical load cases, namely, pure longitudinal hogging bending moment and combined global hogging bending moment and local lateral pressure loads. The effect of heavy weather avoidance on the failure probability is evaluated. The results show that the local lateral pressure has a significant influence on the annual probability of failure of bulk carriers in the hogging and alternate hold loading condition.     

复合材料层合板螺栓连接接头极限强度分析

对基于不同渐进失效准则计算复合材料层合板螺栓连接接头极限承载力的高精度预报方法展开研究。基于Abaqus有限元软件,采用USDFLD子程序对接头进行渐进失效分析。分别采用最大应力准则、蔡-希尔失效判据、霍夫曼失效准则、蔡-吴失效准则、哈辛失效准则等5种失效准则进行数值计算。建立不同的场变量描述纤维、基体、界面的损伤状态,研究复合材料层合板螺栓连接接头在拉伸载荷作用下的损伤发展过程。研究表明,基于这5种失效准则计算的有限元仿真结果均与试验值较为接近,其中采用纤维失效和基体失效分开考虑的哈辛失效准则计算的复合材料层合板螺栓连接接头的极限强度与试验结果的准确度吻合最好,较适用于复合材料螺栓连接结构的有限元仿真。     

外压作用下带初挠度加筋圆柱壳极限载荷及变形研究

加筋圆柱壳的承压分析包含极限载荷和后屈曲变形,对这二者进行准确预报是加筋圆柱壳在建造完工后的重要一环。通过实测初挠度建立了反映加筋圆柱壳真实几何形状的有限元模型,在ABAQUS中使用弧长法获得了加筋圆柱壳在外部静水压作用下的极限载荷值,采用弧长与Dynamic/explicit相结合的途径模拟了加筋圆柱壳在外压作用下的后屈曲过程,并获得最终变形。通过与试验结果对比,得出上述数值方法准确可靠,计算结果更加符合客观实际,可以推广到工程应用中。     

船舶十字轴万向节轴系受力分析

船舶十字轴万向节轴系的轴承由于十字轴万向节的影响,其受力情况复杂。文章简要分析十字轴万向节特殊的力学特性和速度特性,并分析十字轴万向节的受力情况。在此基础上运用平衡方程、三弯矩方程、MATLAB软件和EXCEL软件计算船舶十字轴万向节轴系上各个轴承在各种情况下的径向负荷。最后,简要分析十字轴万向节轴向力计算方法及其对轴系轴向力轴承的影响。为十字轴万向节轴系设计、建造和维修提供理论依据。     

循环载荷下箱型梁极限强度性能实验研究

通过系列箱型梁模型实验,研究了箱型梁在极值循环弯曲载荷下的极限承载性能。分别对四个加筋箱型梁模型进行了循环载荷下的四点纯弯实验,实验分别采取单向及双向循环载荷两种施加方式。在单向循环弯曲实验中,模型的后续循环的极限强度与前一循环的后极限强度阶段的卸载点接近,但塑性变形有明显增加,极限承载能力下降显著;双向循环弯曲中,反向弯矩虽然抵消了部分塑性变形,但箱型梁的极限承载能力仍有明显下降。实验表明,实验加载过程中,箱型梁在承受极值循环载荷初期,其构件崩溃速率较缓,而一旦进入后极限阶段,崩溃速率显著加快;箱型梁在极值循环弯曲载荷下的极限承载性能,即后极限强度性能,相比一次性极限强度值逐步下降。     

考虑桩-土作用的PHC管桩极限变形及其影响因素分析

单调荷载作用下PHC管桩的极限变形是判断结构损伤的一项重要参数。为了解桩、土参数对PHC管桩在单调荷载作用下变形的影响,采用ABAQUS有限元软件的纤维梁单元模型和共结点法,建立考虑桩土相互作用的PHC管桩有限元模型,使用P-y土弹簧模拟桩土相互作用,混凝土采用UCONCRETE03本构模型,预应力纵筋采用USTEEL02本构模型,分析配筋率、桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比等参数对PHC管桩极限变形的影响规律。计算结果表明:桩基极限位移随桩基配筋率的提高而增加,但随桩基入土深度、土体不排水抗剪强度、轴压比的增加而减少,并拟合单调荷载作用下的PHC桩基极限位移的计算公式。     

Axisymmetric structural behaviours of composite tensile armoured flexible pipes

To address the weight and corrosion challenge in deep-water, replacing the steel tensile armour in flexible pipes with composite materials is an alternative conceptual approach. An axisymmetric structural responses model is built for this novel composite armoured flexible pipe, with interlayer gaps that may occur in the unbonded structure considered through an iterative algorithm. The tensile strength of steel and composite armoured pipes are predicted based on different constitutive relations of steel and composite. Essential quantities are obtained, such as tensile stiffness, deformations of each layer and interlayer gaps or contact pressures. Considering the helix form of carcass and pressure armour, a finite element model is established for the verification of the theoretical model. Case study shows that the tensile stiffness of flexible pipe is overestimated with the interlayer gap ignored. Compared with steel armoured flexible pipe, the composite armoured pipe, whose tensile stiffness decreases less as external pressure increases, meanwhile has higher values of tensile ultimate strength and torsion stiffness. Some suggestions about fiber types and volume fraction for composite tensile strips are given to ensure good performance of axial tensile strength and stiffness.     

CFRP补强(加固)钢筋混凝土开孔平板的试验研究

研究了体外粘贴碳纤维增强复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)加固钢筋混凝土开孔平板的受力性能,通过5块开孔平板的加固试验,从破坏形态、开裂荷载、极限荷载和弯曲变形等方面分析构件的加固效果,研究粘贴层数、开孔尺寸和开孔位置等因素对构件加固效果的影响。试验结果表明,经外贴CFRP加固后,钢筋混凝土开孔平板的极限承载力、弯曲变形能力均得到明显提高,构件的抗裂性能也有一定程度的提高。     

考虑应变强化效应海底管道极限承载力研究

文章基于线性强化材料模型,推导了轴向拉力作用下海底管道极限弯矩承载力解析解,给出了海底管道在轴向拉力与弯矩载荷同时作用下的极限承载力的近似解,编制了海底管道极限承载力计算程序BCP。通过与实验结果的比对,验证了解析方法的正确性。结论表明考虑应变强化效应的海底管道极限承载力结算结果更为合理,该文可为海底管道的结构强度设计和安全性评价提供一定的参考依据。     

带止屈器的复合材料圆柱壳结构屈曲分析及优化

针对海洋工程上的复合材料圆柱壳结构,基于有限元软件ABAQUS,利用Python语言编程实现参数化建模、屈曲分析以及在后处理中提取屈曲因子。研究复合材料圆柱壳结构在单独受到轴向压力、侧向压力以及两种压力组合作用下止屈器的位置对屈曲极限强度的影响,并利用遗传算法多参数优化的方法对止屈器的位置进行优化,最终找到最优解。研究结果可以为复合材料圆柱壳结构抵抗屈曲失效的优化设计提供参考。