加筋板的大挠度塑性动力响应研究

对加筋板的大挠度塑性动力响应进行了理论研究,应用单轴对称截面的线性化轴力-弯矩交互作用曲线和相关联的塑性流动法则推出了梁达到塑性弦状态所应满足的挠度条件.此外,详细地分析了梁在不同载荷情况下可能的运动模式.最后应用本文理论和有限元软件ANSYS、ABAQUS/Explicit对四边固支单向加筋板结构进行了求解.     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

Nonlinear dynamic response of blast-loaded stiffened plates considering the strain rate sensitivity

The aim of the present paper is to develop a simple theoretical method which can quickly calculate the nonlinear dynamic response of stiffened plates under a blast loading. The large deformation behavior of the stiffened plate is analyzed by using a singly symmetric beam model as representative of the stiffened plate. The material is assumed to be rigid-perfectly plastic, and the strain rate sensitivity is considered by using the Cowper–Symonds constitutive model (CS model). By Lee's extremum principle, the instantaneous modes of nonlinear structural response are determined. A series of calculations are performed to investigate the influence of pulse intensity, pulse duration, plate thickness, stiffener spacing and material property on the displacement response. The obtained results are in good agreement with those of numerical simulations performed by software package ABAQUS, and then a definition for the cases when the simplified method proposed here can be used is provided.     

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。     

含初始挠度加筋板的稳定性分析

为了确定初始挠度变形对加筋板稳定性的影响作用,根据实际情况假设初始挠度为双三角级数形式,利用Ansys计算分析了整体初始挠度的幅值与半波数对弹性失稳压力的影响,并得到初始挠度对加筋板稳定性的影响因子计算方法.计算结果分析表明,随着初始挠度的幅值和半波数的增加,加筋板弹性失稳压力逐渐减小;对于含有某种初始挠度的加筋板,其影响因子主要受加筋板的厚度和加强筋间距的影响,而加筋板长宽比的影响较小,可以忽略.     

含初始挠度加筋板的极限承载能力分析

舰船长期服役,甲板结构易产生初始挠度变形,这会对甲板承载能力带来不利影响.加筋板作为船体甲板结构的主要构成单元,研究初始挠度变形对其极限承载力的影响具有重要意义.为了确定初始挠度变形对加筋板极限承载力的影响作用,根据实际情况假设初始挠度为双三角级数形式,利用Ansys计算分析了整体初始挠度的幅值与半波数对极限载荷的影响和典型位置的应力特性,并得到初始挠度对加筋板极限载荷的影响因子计算方法.计算结果分析表明,随着初始挠度的幅值和半波数的增加,加筋板极限承载力逐渐减小;对于含有某种初始挠度的加筋板,其影响因子主要受加筋板的长宽比、厚度和加强筋间距等因素的影响.     

水下爆炸冲击波作用下平板塑性动力响应的数值模拟

根据流固耦合的Taylor平板理论和Cole的水下爆炸经验公式,得到了水下爆炸冲击波作用下平板迎爆面的总压力载荷,并将该压力载荷嵌入到ABAQUS程序的用户自定义载荷子程序VDLOAD中,实现了对ABAQUS的二次开发.作为验证,利用该方法模拟了水下爆炸冲击波作用下固支平板的塑性动力响应,模拟结果与试验结果吻合良好.与通用的模拟方法相比,本文所采用的模拟方法在保证较高计算精度的前提下,可以显著降低计算成本并简化建模过程,对于工程应用具有一定参考和实用价值.     

破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应试验研究

为研究舰船板架在破片与冲击波耦合作用下的变形及破损,开展了舰船板架在两种非标准圆柱形战斗部爆炸载荷作用下的毁伤效应试验。结果表明,光板在破片与冲击波耦合作用下的主要破坏模式有两种:花瓣弯曲破坏和拉伸断裂破坏。针对文中试验模型,当比例距离小于0.3时,光板出现了典型的花瓣弯曲破坏;比例距离处于0.3～0.6之间时,光板出现了典型的拉伸断裂破坏;比例距离大于0.6时,破片与冲击波耦合作用不明显。弹孔在冲击波作用下极易发生连接并形成花瓣大开口;加筋板上的筋在受到耦合载荷作用下容易出现一定程度的侧倾、弯曲和鼓起变形,但并没有断裂。     

Ultimate strength design of stiffened plates under axial compression and bending

The basis for design of stiffened plates under longitudinal compression is outlined and predictions using several codes are compared against numerical results from an inelastic beam-column formulation and test results. In order to explore the inherent differences in column behaviour separately from discrepancies arising due to plate panel behaviour, the code predictions are re-evaluated adopting a common plate panel effective width formulation. On this basis, a critical review of code methods is made and some modifications are proposed.

The effect of the magnitude and direction of applied uniform bending on the axial capacity of stiffened plates is investigated by comparing two alternative design approaches, namely an interaction equation and a method based on the Perry equation, against results from numerical analyses and from rigid plastic theory. The interaction equation is invariably more conservative than the Perry approach but its simplicity tends to be convenient for routine design applications. Finally, results of numerical analyses, together with experimental results from previous studies, on continuous stiffened plates under combined axial compression and lateral pressure are presented and available design guidance is discussed.     

碰撞载荷作用下加筋板架动响应分析研究

研究碰撞载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解船舶碰撞力学机理和开展船舶耐撞性结构设计具有重要的指导意义。基于最近国外加筋板架碰撞模型系列试验结果,应用数值仿真的方法对其中5种典型加筋板架进行计算分析,得到不同加强筋情形下板架的动态响应特征,并从损伤变形模态及变形大小、应变三个方面与模型试验结果进行对比分析,结果表明两者具有很好的一致性,同时证明了本文碰撞数值仿真方法的有效性。     

玄武岩纤维复合材料层合加筋板轴向动力压缩破坏分析

基于通用有限元软件,结合复合材料失效准则对玄武岩纤维复合材料层合加筋板在轴向动力压缩载荷作用下的破坏问题进行了研究,并比较了玄武岩纤维复合材料层与S-2玻璃纤维增强复合材料帽形层合加筋板轴向动力压缩破坏的差异.研究结果表明,玄武岩纤维复合材料层合加筋板具备与S-2玻璃纤维复合材料层合加筋板相当的轴向压缩性能.本研究可以为选用玄武岩纤维作为高速舰船船体材料提供参考依据.     

固支方形板在水下爆炸冲击波载荷作用下动态响应数值仿真研究

舰船在实际海战中的抗打击能力是舰船生命力的重要指标.板格是舰船结构的基本组成单元,为了研究板格在爆炸载荷作用下的承载能力,采用数值方法研究了正方形板在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应,分析了板的变形模式,研究了板厚和爆炸冲击因子对板的最大变形绕度的影响,推导出简单适用的经验公式.     

双层加筋板水下声振耦合特性研究

文章以双层加筋板为对象,分别采用传统的结构有限元耦合声学边界元(FEM/BEM)方法和结构有限元/声学自动匹配层(FEM/AML)直接声振耦合计算方法,计算了结构水下辐射噪声,并对两种方法进行对比分析,验证了FEM/AML直接声振耦合算法的准确性及高效性。在此基础上,采用FEM/AML直接声振耦合计算方法研究了双层加筋板结构单面触水的声振耦合特性,分析了载荷位置、载荷的性质,双层板的板厚、筋板的厚度以及布置方式等结构参数对辐射噪声的影响。     

加筋板结构连续焊焊接变形规律

基于通用有限元软件Abaqus,采用顺序耦合热弹塑性有限元方法对加筋板结构双边连续焊焊接变形规律进行了研究。为了提高计算效率,采用具有截面积分特性shell单元的shell/solid模型描述加筋板结构,实现了焊接过程数值模拟。针对双边连续焊焊接方式,分别计算比较了T形接头两侧同时焊接和两侧依次焊接情况下的结构残余变形和应力。结果表明:T形接头两侧同时焊接产生较小的焊接变形,并且变形较为对称。     

水下爆炸冲击载荷作用下加筋复合材料浸潜壳体结构的动力响应

对加筋复合材料浸潜壳体结构在水下爆炸冲击载荷作用下的动力响应采用LS—DYNA进行了分析,给出沿纵向分布的不同单元的应力时间历程曲线,并给出了位移、应力以及冲击压力波传播云图。     

船上含敷料板与加筋结构的固有振动特性研究

本文对含敷料板的低阶模态振动特性进行了研究,将敷料与基板处理为层合板模型,采用基于Mindlin假设的4节点板单元对含敷料结构进行数值模拟,得到系统固有振动特性.为了研究敷料结构系统固有频率的合适计算方法,构造了不同基板厚度和不同敷料厚度,分别采用层合模型和敷料层等效质量的简化方法进行了结果对比.在相应计算例题中,对3种基板厚度和5种敷料层厚度共计15个敷料铺层试件进行了振动测量,并与数值模拟结果进行对比.针对不同铺设厚度的敷料板与加筋板,分别采用敷料质量等效模型和层合板模型,给出了不同计算模型的振动特性计算误差,为工程上选择敷料层振动特征计算方法提供了依据.     

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。     

含中心裂纹的有限加筋板应力强度因子理论分析及数值仿真

基于裂纹问题的复变应力函数、Paris位移公式和变分原理,对板材和筋条均含裂纹的加筋板结构的应力强度因子进行了分析求解。对加筋板离散化,忽略受拉时筋、板弯曲的影响,结合Paris位移公式对加筋板中含中心穿透裂纹的板材在单向拉力 和加筋条的剪力作用下的位移进行了计算;应用变分原理对含边裂纹的加筋条结合筋条和板变形协调方程求解筋条对板的节点剪力作用,从而求解了含裂纹加筋板的问题。采用数值仿真方法分析了应力强度因子随板材和加筋条上裂纹扩展的变化规律,研究了加筋条刚度和加筋条间距变化对裂尖处应力强度因子的影响。     

复合材料层合板的动力响应和横向应力分析

基于分层理论并在板厚方取二次位移插值函数推导出正交层合板的动力学方程.得到了简支层合板的振动频率,且能够计算出协调的横向应力.在低阶模态振动下,横向剪应力是造成层合板脱层的主要原因:而在高阶模态振动下-横向正应力在脱层破坏中起主要作用.采用适当模量材料的层合板能有效地降低横向应力,特别是横向正应力.结果表明文中所采用的算法,算式及所编写的程序是可靠的.     

环肋圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应

针对水下非接触爆炸问题过程复杂、计算速度慢的问题,本文以一环肋圆柱壳为例,基于以内嵌的水下爆炸载荷计算方法和声-结构耦合方法为关键技术的水下爆炸分析法(AUA),对其水下爆炸冲击下的响应进行了分析。结果发现,壳板厚度对圆柱壳的水下非接触爆炸响应有较为显著的影响,随着壳板厚度的增加,环肋圆柱壳最大位移减小的幅度逐渐变小。在爆炸初期爆距对环肋圆柱壳冲击响应的影响不大,随时间的推移这种影响逐渐增大,环肋圆柱壳各测点变形随爆距的增大线性减小;当肋骨间距大于0.25倍环肋圆柱壳长时,环肋圆柱壳最大变形量可减小90%;继续减小肋骨间距,环肋圆柱壳最大变形减少量并不明显,说明肋骨对其附近测点和中间的板壳起到了显著的加强作用,肋骨间距为0.25倍环肋圆柱壳长时为最经济的肋骨布置方式。