Quasi-static Compressive Behavior of U-type Corrugated Cores Sandwich Panels

金属基夹层板在船舶耐撞及防护结构设计中的应用研究成为国内外研究热点,夹层板具有高效的吸能特性,尤其是夹芯层结构.以U型折叠式金属基夹层板为研究对象,对夹芯层开展横向压皱力学行为实验研究,利用有限元软件Abaqus对其进行数值仿真研究,对比分析夹芯层结构的压皱力、变形、吸能和平均压皱强度等参数,数值仿真分析了不同单元变形模式(ModeI和Mode II)、初始变形对压皱性能的影响.研究表明:试验研究与数值仿真分析得到的U型夹芯层结构压皱性能吻合较好.夹芯层结构变形模式对结构的压皱行为及其压皱性能有显著的影响,变形模式I的吸能效率、平均压皱强度等性能参数均高于变形模式II.初始缺陷决定了结构的变形模式,随着初始塑性位移缺陷增加夹芯层结构的压皱性能下降.     

基于管体变形实时监测的挠性接管寿命评估方法

针对凯夫拉纤维增强型挠性接管(FW-FP)管体发生局部异常变形而导致管体破裂失效的问题,提出一种基于管体变形实时监测的挠性接管寿命评估方法。融合电阻感应原理和光纤光栅(FBG)传感原理,在建立管体结构模型的基础上,采用数值计算和有限元仿真方法,对管体轴向变形、径向变形、充压变形及局部异常变形特性进行分析,提取出区分管体正常变形和局部异常变形的特征阈值。该方法能够有效识别管体的局部异常变形,实时评估挠性接管的工作寿命。     

码头沉箱变形的离心模型试验和数值分析

以某重力式码头沉箱结构为研究对象，进行了基于此码头的两种方案的离心模型试验，研究了不同条件下重力式码头的变形情况；利用非线性有限元程序ABAQUS，建立了挡土墙．砂垫层．地基体系固结问题的数值模型，然后分别以典型重力式码头的离心模型试验和工程原型为计算对象，以离心加速度增长和码头高度增长为加荷方式，对离心模型试验过程和码头的施工过程进行了数值模拟。综合对比了多种条件下码头和地基的变形情况，并探讨了地基土模量、淤积土的开挖深度对变形的影响，分析了施工过程中和竣工后的超静孔隙压水压力的变化和变形规律。     

弯曲载荷下双金属机械复合管内衬层屈曲失效机理

双金属机械复合管是油气田集输管线防腐控制的主要措施之一,而内衬层的失效是制约复合管工程应用的关键难题。为研究双金属机械复合管内衬层屈曲失效机理,建立弯曲载荷下复合管力学模型,研究成型压力、工作内压及复合管结构参数对内衬层失效模式的影响规律。结果表明：增加成型后的残余接触压力有助于提高内衬层的抗屈曲能力;较高的工作内压能够延缓内衬层屈曲时间,减小其褶皱幅值;成型前复合管层间初始间隙减小有利于提高内衬层抗屈曲能力;随着外基管壁厚、内衬管壁厚、复合管内径的增加,内衬管的抗屈曲能力增强。     

海底管道JCOE成形引起的残余变形及其对压溃承载能力的影响

大口径海底管道在安装与服役过程中承受巨大的海水压力,易发生压溃失效,管道的这种压溃承载能力受管道制造过程引入的局部几何偏差和残余应力的影响。本文基于塑性理论与数值仿真方法,建立大口径海底管道“预弯-成形-扩径”一体化分析模型,研究JCOE线管制造工艺引起的管道残余应力、残余变形和成形力等关键力学参数及其变化规律。并基于RIKS方法,对成形后海底管道的压溃承载能力进行分析,研究不同制造工艺参数对结构压溃承载能力的影响。研究结果表明,管道JCOE成形过程会引起管道残余应力和残余变形,扩径可以缓解成形过程造成的应力集中和残余变形,提升管道的压溃承载能力。     

不同载荷形式下复合材料层合板渐进失效行为研究

近年来复合材料在船舶与海洋工程领域得到快速发展。船舶在服役周期内受载复杂,主要承载板材除受典型的面内拉压外载外,免不了遭受横向波浪载荷作用。研究复合材料层合板在不同载荷形式下结构的响应特征与损伤演化特性,有助于先进复合材料的性能评估及优化设计。本文采用三维实体单元及内聚力单元建立复合材料层合板模型进行计算分析,考察拉压载荷下层合板的极限承载能力与渐进失效过程,研究在横向载荷下层合板结构强度,对比分析其层内及层间损伤模式的差异性。     

单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析

[目的]为实现船体结构的轻量化设计,采用金属夹层结构代替传统的加筋板结构,在保证原有结构承载性能的前提下,降低船体结构重量。[方法]针对单轴压缩作用下V型和I型金属波纹夹层板的承载性能问题,利用ABAQUS软件,对其进行屈曲分析和非线性有限元分析,并与传统加筋板结构的承载性能进行对比分析,[结果]得到了金属夹层板的承载性能与失效模式。计算结果表明,结构型式不同使得其屈曲失效模式存在差异;相同重量下,设计的I型金属波纹夹层板承载能力最强,加筋板与V型金属波纹夹层板次之。[结论]不同结构型式的轻量化减重效率有所不同,金属夹层板的轻量化规律可为其在船体结构设计中的选型与应用提供参考。     

内河港口大直径薄壁空心墩横向承载性能研究

在室内大比尺模型试验的基础上,建立考虑岩层逆层节理分布的薄壁墩数值分析模型。通过大量变动参数的数值计算,详细探讨影响嵌岩灌注墩横向承载性能的各种因素,包括襟边宽度、岩体性状以及外荷载等。通过大量的算例比较,得到薄壁墩与地基相互作用的力学特性及各种因素对薄壁墩横向承载性能的影响程度。     

撞击参数对舷侧结构的失效模式分析

碰撞载荷下船舶结构的变形与失效一直是业界的研究热点,但以往的研究并没有深入分析舷侧结构的失效形式。本文通过对各种不同撞击参数舷侧结构碰撞模式的数值模拟,分析了舷侧结构的失效模式。结果表明,船舶碰撞载荷下舷侧结构失效主要体现在局部塑性变形,甲板手风琴式撕裂,外板撕裂,以及横框架的屈曲。     

船体壳板撞击破裂后撕裂特征试验和数值模拟研究

为了研究船体壳板撞击破裂后的撕裂特征,开展了变截面撞头准静态压载船体壳板的模型试验和数值模拟。试验记录了壳板变形、破裂和撕裂过程的损伤模式及其完整损伤过程的撞击力-撞深曲线。通过拉伸试验校核,提出了模拟壳板初始破裂和撕裂失效的数值模拟方法。试验和数值模拟结果的对比分析表明：所提数值模拟方法能准确模拟壳板的完整损伤过程;壳板撕裂失效是由裂纹尖端的拉伸作用引起的,且撕裂过程的撞击力与裂纹数目无关;壳板撕裂过程的弯曲和拉伸作用所吸收的能量较大。本文研究工作对船体结构的耐撞性准确评估具有一定指导作用。     

复合材料螺旋桨敞水性能与结构特性研究

针对复合材料螺旋桨流固耦合效应显著的特点，本文通过CFD计算复合材料螺旋桨所受水动力载荷，应用有限元方法计算复合材料桨叶结构响应，建立双向流固耦合数值计算方法，研究不同进速系数工况下刚性和复合材料螺旋桨的水动力性能与结构特性。研究结果表明：相较于刚性螺旋桨，复合材料螺旋桨通过弯扭耦合变形实现螺距角与攻角自适应匹配，进而提高推进效率并降低功率损耗；复合材料桨叶的最大总变形和最大等效应力随来流速度的增大而减小，随旋转速度的增大而增大。基于蔡-吴准则对复合材料螺旋桨的失效行为进行判断，蔡-吴失效系数随进速系数的增大而降低，失效区域更容易出现在桨叶叶梢处。     

集装箱变形的有限元分析

应用有限元法对集装箱的变形进行了数值分析。结果表明 ,结构中材料性能的降低将使该部位的变形增大 ,这是导致结构失效的主要原因之一 ,分析结果与实际情况相符。     

可溶蚀材料在水致分离装置中的应用研究

提出一种水致分离装置的设计思想。这种分离装置通过内部可溶蚀材料在水中的延滞失效实现装置的定时分离。通过对基于水致分离装置应用的可溶蚀材料的失效机理、失效模式和失效判据进行研究,结合对装置的力学分析,建立描述该装置水中分离问题的数学模型,并基于该模型通过数值方法评价可溶蚀塞表面溶蚀失效模式下装置定时分离的设计性能,从技术上证明这种装置是可行的,不仅具有与传统火工式分离装置相当的连接强度,而且分离过程无需火工品,在水中能自发进行,其安全性和可靠性大大改善,简化了设计。     

水平承载桩-桶基础周围土体的变形场分析

采用数字照相变形量测技术方法,对水平承载的桩-桶基础室内模型试验进行观测,分析地基土体位移发展变化规律与变形模式,得到土体的渐进性变化过程,发现土体的剪切变形轮廓线和土体的破裂面模式基本一致,被动区都为一个与土表面成一角度的三角形,主动区沿着基础轮廓展开。该结论可为分析桩-桶基础的水平承载力提供参考依据。     

复合材料波纹夹层结构的弯曲性能研究

采用单向碳纤维预浸料制备复合材料波纹夹层结构,对其开展三点弯曲试验与有限元仿真计算。试验结果表明,复合材料波纹夹层结构在三点弯曲载荷作用下依次出现了局部损伤、分层失效和纤维断裂3种失效模式。复合材料波纹夹层结构层数越多,相对密度越大,其失效载荷就越大,抗弯曲性能越好。当相对密度从9.55%增加至15.34%时,极限载荷增加了1035.7 N;当相对密度从15.34%增加至20.72%时,极限载荷增加了1070.2 N。同时借助有限元软件进行数值计算,并将数值计算结果与试验结果进行对比,二者吻合较好,引申探讨了不同芯层几何构型对弯曲性能的影响。     

冲击载荷作用下Q345钢失效应变与单元尺寸关系研究

冲击载荷作用下结构的损伤破坏仿真计算中，材料的失效应变取值与单元尺寸具有很大的关系。为建立冲击载荷作用下结构失效应变与单元尺寸之间的关系，本文以开展的Q345B钢各类力学性能试件（压缩、扭转、拉伸等）获取的材料失效应变为依据，借助数值仿真手段，研究各类试件网格尺寸对失效应变影响关系，并进一步依托开展的弹体穿甲试验、简单方板冲击试验、近场爆炸下舰船毁伤破坏试验，建立三类典型冲击问题中单元失效应变取值与尺寸之间的对应关系。计算结果表明：网格尺寸对单元失效应变的影响主要在于单元尺寸可改变结构变形过程中局部塑性变形分布区域的分布度；不同冲击载荷作用下，由于所使用的单元类型及受力状态存在一定的差异，需针对各类冲击问题分别建立单元失效应变与网格尺寸之间的关系。研究成果可为后续数值仿真计算中单元失效应变的选取提供指导。     

不同屈服准则对完好管道失效压力的影响分析

依据变形失稳和有限应变理论,在考虑应变强化效应的基础上,得到了不同屈服准则的完好管道失效压力计算方法.基于统一屈服准则的管道失效压力解析解,结合完好管道实际爆破压力数据,得到不同材料属性的管道内压失效时适应的屈服准则.根据不同应变强化指数的管道内压破坏屈服准则差异性,对失效压力解析解进行改进,通过与现有试验结果的比较,改进的解析解预测的失效压力与实验结果吻合较好.     

ATB船组阻力特性与机理分析

对某铰接式顶推船（ATB）进行快速性试验，发现ATB船组的阻力小于单独驳船的阻力这一特性；以模型试验的数据为基础，建立稳定可靠的CFD方法，数值模拟的结果与模型试验吻合较好，继而运用CFD计算得到的局部微观流场对ATB船组阻力特性进行机理分析，为该类船型的设计提供很好的指导价值     

冰区船艏部连续破冰模式下破冰阻力数值计算研究

随着计算机技术的发展,数值计算方法已经成为研究冰区船航行性能的有效工具。本文在依托中国船舶科学研究中心小型冰水池（CSSRC SIMB）对破冰船艏部破冰阻力及破冰模式试验研究的基础上,采用离散元基本原理,建立离散元数值计算模型Bri-DEM,对连续破冰模式下船艏模型的破冰阻力进行数值计算,分析冰层破坏模式,并利用冰水池模型试验数据和经验公式对其进行校核,最后利用该计算模型对冰厚和船艏倾角的影响进行预报。研究成果可为冰区船舶冰阻力预报、航行性能评估和船型设计优化等提供有益的技术参考。     

水位变动与坡顶加载联合作用下边坡破坏特性

水位变化与坡顶加载联合作用下土坡破坏特性研究对建立合理的边坡稳定性评价方法具有重要意义。采用离心模型试验的方法,模拟了首先水位上升随后坡顶荷载对土坡的联合作用,研究了此条件下土坡的破坏机理。在水位上升过程中土坡的坡顶沉降不断增加,土坡内出现变形损伤;然后施加坡顶荷载,土坡的坡顶沉降继续增加,土坡发生了渐进破坏。在水位上升已经完成、坡顶荷载增加的过程中滑裂面形成,滑裂面从土坡上部向下部发展。土坡的破坏形式为剪切破坏。变形局部化发展使得局部破坏发生,而局部破坏进一步促进了变形局部化发展。水位及坡顶荷载联合作用下土坡变形局部化过程和局部破坏耦合发展,导致了土坡最终发生了整体破坏。