钢制金属I型夹芯板界面疲劳脱粘特性分析

[目的]针对金属I型夹芯板界面的脱粘失效破坏,开展金属夹芯板界面疲劳脱粘特性分析。[方法]基于内聚力模型理论,考虑时间历程、三维结构节点多自由度的损伤演化方程与收敛判定准则,开发适用于三维复杂结构的界面疲劳脱粘模拟程序;与焊接接头脱粘实验结果进行对比,验证所开发程序的准确性,并进一步对钢制金属I型夹芯板的界面疲劳脱粘行为进行数值模拟。[结果]结果显示,所开发的三维界面疲劳脱粘数值模拟程序与焊接接头脱粘实验间最大的模拟误差仅为14.05%;I型夹芯板承受面外载荷时,夹芯板界面处的脱粘破坏主要表现为沿焊缝方向的表面裂纹扩展,当裂纹扩展至夹芯板长度的70%左右时,裂纹开始贯穿腹板形成贯穿裂纹。[结论]所开发的三维复杂结构界面疲劳脱粘程序可以实现对金属夹芯板界面疲劳脱粘寿命的有效评估,对实际工程应用具有一定的指导意义。     

基于最大裂纹张口位移计算应力强度因子的方法研究

文章提出了基于最大裂纹张口位移计算I型应力强度因子的新方法,该方法适用于复合载荷(均匀拉伸和纯弯曲载荷组合)作用下的具有半椭圆表面裂纹的有限平板模型。首先,理论推导了具有埋藏裂纹的无限大平板受均匀拉伸载荷作用时应力强度因子与裂纹最大张口位移的对应关系,再应用有限元数值模拟技术,考虑了表面效应、模型尺寸效应及载荷形式的影响,然后基于有限元模拟结果,根据多元多次最小二乘法原理拟合出对应修正系数表达式,最终建立了复合载荷作用下有限平板裂纹尖端应力强度因子与最大张口位移的函数关系,实现了由容易获得的最大裂纹张口位移确定应力强度因子的方法。该方法避免了对裂纹尖端的应力场、位移场的分析,为实际应用中应力强度因子的获得提供了新的方法。     

CFRP加固损伤钢板的拉伸及疲劳性能研究

文章基于Dugdale模型理论提出CFRP加固含裂纹钢板加固量的计算方法。通过虚拟裂纹闭合法建立模型来模拟塑性钢板的破坏过程,并完成相关试验,验证了CFRP加固含裂纹钢板有效粘贴长度、有效粘贴宽度取值的有效性。同时利用Paris公式预估疲劳寿命,并结合相关试验数据,探究了CFRP加固对含裂纹钢板疲劳寿命的提高作用。研究表明,有效粘贴长度、有效粘贴宽度的理论取值有效;通过CFRP双侧加固竖裂纹、斜裂纹钢板构件可分别使其疲劳寿命得到显著提高。     

船体纵骨疲劳裂纹扩展及寿命分析

基于有限元软件ABAQUS,结合虚拟裂纹闭合法、裂纹扩展判据及子结构技术,应用脚本语言Python开发了模拟疲劳裂纹扩展的程序(FCG-System)。对含初始裂纹的油船纵骨节点疲劳裂纹扩展进行数值模拟,并探讨侧向压力和轴向拉力这两种载荷对疲劳裂纹扩展路径和疲劳寿命的影响。结果表明,两种加载方式下裂纹扩展路径不同,且面板断裂前的疲劳寿命在总寿命中占据很大的成分。     

基于裂纹最大张口位移的加筋板弹塑性断裂分析

为了快速方便地求取船舶加筋板塑性性能的两个重要参数—裂纹尖端塑性区半径（Ry）和裂纹尖端张开位移（CTOD）,文章提出了一种基于裂纹最大张口位移（MCOD）来确定加筋板的裂纹尖端塑性区半径和裂纹尖端张开位移的简便方法。该法基于理想弹塑性材料,以提出的裂纹最大张口位移与裂纹尖端塑性区半径及裂纹尖端张开位移的拟合函数关系为基础,考虑了模型尺寸效应、材料特性参数及外载荷的影响。文中还对不同裂纹长度、不同屈服极限条件、不同板/筋刚度比时方法的适用性进行了分析,研究表明：该方法能够消除裂纹长度、屈服极限和外载荷等因素的影响,适用于有限宽船舶加筋板的弹塑性分析。     

循环载荷下考虑累积塑性影响的含中心穿透裂纹板CTOD研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。研究表明,基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

空中爆炸载荷作用下舰船水密门抗冲击分析

选取典型空中爆炸载荷工况,应用ls-dyna实时模拟空中爆炸载荷,研究不同结构形式对水密门冲击响应的影响。通过对2种结构水密门设备分别进行抗冲击实例计算,实现了水密门结构在空爆冲击下的运动响应过程。对比研究结构最大应力、应变特征参数,分析得出不同结构水密门最大应力位置规律及结构冲击特点,获取水密门设备最大响应位移,指出板架加强结构可以有效地减小水密门整体最大应变值和最大位移,为舰载设备抗冲击分析、优化设计提供技术路径。     

脱粘损伤对压缩载荷下夹芯复合材料L形节点承载能力的影响

针对含有脱粘损伤的夹芯复合材料L形节点在压缩载荷下的承载能力问题,采用渐进失效分析和内聚力模形探讨脱粘损伤的位置、尺寸等因素对压缩载荷下的L形节点极限承载力的影响,结果表明,肘板上端的脱粘损伤相对于肘板中心的脱粘损伤对压缩载荷下的承载能力影响更大,随着损伤尺寸的增大,肘板上端脱粘损伤的影响更明显。     

基于累积递增塑性变形的船体裂纹板断裂韧性研究

裂纹尖端张开位移（CTOD）是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。文章结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。文中基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

船体纵骨典型节点疲劳裂纹扩展寿命评估

基于有限元软件ABAQUS,结合虚拟裂纹闭合法、裂纹扩展判据及子结构技术,应用脚本语言Python开发出模拟疲劳裂纹扩展的程序(FCG-System)。对含初始裂纹的油船纵骨典型节点在侧面压力作用下进行疲劳裂纹扩展数值模拟,并探讨了软趾、背肘板及防倾肘板对疲劳裂纹扩展路径和寿命的影响。结果表明,增设软趾、背肘板或防倾肘板都会使裂纹扩展路径曲率增大,且软趾、防倾肘板可使裂纹扩展寿命增大,背肘板可使裂纹扩展寿命减小。     

合拢弯矩作用下复合材料曲梁突变屈曲的研究

研究了复合材料曲梁在受到合拢弯矩作用下发生的屈曲情况,并给出一种理论解析方法来分析这种很可能发生在复合材料弯曲结构中的脱层耦合屈曲问题.该方法是基于曲梁大变形理论及断裂力学而提出来的.文中并用该解析方法分析了一个特定的常见的情况,在该题例中脱层发生在非常靠近内表面处并且突变屈曲就发生在该薄脱层.在文中也对脱层裂纹的弧角对极限载荷的影响进行了研究.     

低周疲劳下加筋板裂纹扩展行为有限元分析

为了研究低周疲劳载荷下船体加筋板裂纹扩展行为,利用节点释放法研究不同工况下的加筋板低周疲劳裂纹扩展行为,探索加筋条高度、间距对裂纹扩展过程中的应力应变场、累积塑性应变、裂纹闭合效应的影响规律。结果显示,加筋条高度的增加可以增强残余压应力场,导致闭合效应增强,裂纹尖端的累积塑性应变也减小,从而降低裂纹扩展速率。而加筋条间距的增加使得裂纹附近的结构刚度降低,闭合效应减弱,裂纹扩展速率增加。     

船体钢室温冲击断裂时的启裂与失稳

近年来对船体钢缺口冲击试验的载荷——位移图有了新的认识,即认为当载荷尚未达到最大时,试样就已出现裂纹。有的文献则认为最大载荷前裂纹已形成,最大载荷后裂纹扩     

橡胶-金属环疲劳寿命预测

对橡胶-金属环在径向位移载荷作用下的界面裂纹进行了模拟.用非线性有限元法分析了橡胶-金属环在径向位移载荷作用下的界面裂纹,分别研究了裂纹从被挤压端沿轴向、圆周方向和被拉伸端沿轴向、圆周方向界面处扩展时撕裂能随裂纹尺寸的变化情况.得出如下结论:被挤压端无论是沿轴向还是沿圆周方向扩展不可能出现裂纹扩展;被拉伸端,沿轴向扩展存在-定可能性,最可能发生裂纹扩展还是沿着圆周方向的.拟合撕裂能随裂纹尺寸变化曲线,为此类结构、载荷疲劳寿命预测奠定基础.     

考虑载荷流泄时初始裂纹对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响

在船舶和海洋工程结构中,裂纹扩大时的载荷流泄现象已被大尺度疲劳试验中裂纹扩展速度减慢所证实。影响疲劳裂纹扩展的因素具有随机性质,因而研究载荷流泄对船舶和海洋工程结构疲劳可靠性的影响是有意义的。本文用Paris公式,结合改进的第二水准法,计算了一个实例,给出了考虑和不考虑载荷流泄疲劳可靠性分析的两种结果。结果的区别表明,如果要期望得到更合理的结果,则在船舶和海洋工程结构的疲劳分析中必须计及载荷流泄。     

自升式钻井平台动态响应研究

综合考虑风浪流等环境载荷、桩靴与土壤之间的相互作用行为及静水压力和波浪动压力所引起的浮力效应的影响,运用有限元软件模拟了自升式钻井平台的动态响应过程,获得了0°环境载荷作用下自升式钻井平台的船体位移、桩腿危险处应力、桩靴载荷的变化规律。研究结果表明:自升式钻井平台的动态响应周期约为38s,是波浪周期的2.8倍,且在环境载荷作用角度为30°时,船体位移峰值最大,而位移均值在45°时最大。     

板板焊接构件应力强度因子的工程化方法研究

针对承受拉弯载荷作用焊趾处含有表面裂纹的T型焊接接头,提出了一种根据裂纹最大张口位移量确定裂纹最大深度处应力强度因子的新方法。基于有限元数值计算,考虑了模型尺寸效应、焊接尺寸、裂纹深度比、裂纹形状比等因素对应力强度因子的影响,建立了拉伸、弯曲载荷对应的修正系数表达式,提出了基于裂纹表面最大张口位移确定T型焊接接头裂纹深度方向的应力强度因子的简便方法。以十字形板板焊接接头为例,显示该方法适用于任意形式的板板焊接接头。     

4500米级载人深潜器耐压球壳疲劳可靠性分析

采用能计及裂纹闭合以及裂纹前缘的三维约束效应的裂纹扩展预报模型对我国研制中的4500米载人深潜器钛合金耐压球壳的疲劳寿命研究。参考国外同级别深潜器下潜统计数据建立了疲劳载荷概率模型,基于响应面法开展了疲劳可靠性分析,得到了失效概率及各随机变量参数敏感性结果,对载人球壳抗疲劳设计及结构安全性评估具有一定的参考意义。     

低周疲劳载荷下考虑累积塑性的船舶裂纹板剩余极限强度研究

研究表明在恶劣海洋环境中船体结构整体断裂破坏往往是低周疲劳破坏和累积塑性破坏的耦合结果。考虑这两者耦合作用的影响,评估船体结构的极限承载力更为实际。基于累积塑性和低周疲劳裂纹扩展,从理论上分析了平面内低周疲劳载荷下裂纹板的残余极限强度。经过一系列数值模拟,首先讨论低周疲劳裂纹扩展行为的影响,然后随着疲劳裂纹扩展的发展,主要讨论了初始变形,焊接残余应力,裂纹扩展长度,裂纹分布和裂纹板厚度对低周疲劳载荷下船体裂纹板极限强度的影响。     

深水半潜式钻井平台断裂力学疲劳寿命分析

采用断裂力学分析方法和谱疲劳分析方法对比深水半潜式钻井平台典型节点在南海典型海洋环境条件下的疲劳寿命,断裂力学分析中将平台结构裂纹作为张开型裂纹来处理,对比初始裂纹深度对计算结果的影响,并与结构谱疲劳寿命分析结果进行对比,结果表明,断裂力学方法用于南海环境条件下深水半潜式钻井平台疲劳分析较为准确,认为在缺乏结构初始裂纹数据情况下,半潜式平台结构采用断裂力学分析方法所采用的初始裂纹深度可用于平台结构的初始寿命评估及结构发现裂纹后剩余寿命的验证分析。