正交异性钢桥面板U肋与横隔板细节处疲劳分析

正交异性板的细节处疲劳破坏会使纵肋与横隔板开裂,从而降低桥面板的整体刚度,为了研究正交异型钢桥面板的U肋与横隔板等细节连接处的疲劳性能,以驸马长江大桥钢桥面板与横隔板的连接处、U肋与横隔板的连接处和横隔板U肋开槽部位为研究对象,通过ANASYS建立跨中段有限元模型,进行有限元分析,得到结构各细部处应力分布。研究结果表明:正交异性钢桥面板在U肋与横隔板连接处存在较大的主拉应力,疲劳问题较为突出。另一方面,正交异性钢桥面板在横向方向上的应力影响线较短,在不同车道上的车辆不会对同一个疲劳易损位置的应力产生显著的叠加,即只考虑单辆疲劳车在单车道上行驶是合理的。     

加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计

[目的]在水下耐压圆柱壳结构开孔围栏与环向肋骨连接处,易出现应力集中。[方法]为此,提出一种开孔围栏与环向肋骨连接肘板拓扑优化设计方法,以有效降低肘板区域的局部高应力。首先,采用子模型技术对连接肘板区域结构进行精细化应力分析;然后,以连接肘板为设计变量,考虑耐压壳板、围栏和肋骨特征点的应力约束,以肘板区域最大应力最小化为目标函数进行拓扑优化,并对拓扑优化结果进行工程化处理,得到最终的肘板形式。[结果]计算结果表明,面板局部加宽的肘板形式可以有效降低应力集中程度;开孔围栏位置横向偏置时,远离中纵剖面一侧的肘板面板加宽长度较大;连接肘板与开孔围栏中心偏置时,肘板面板关于其腹板对称设计即可。[结论]所做研究可为类似结构设计提供参考。     

局部加强的含裂纹板应力强度因子分析

对含裂纹板局部焊接加强板条的断裂问题进行了分析计算.考虑加强板条的横向刚度和纵向刚度的影响,将加强板条对裂纹板的作用力离散化为作用在沿加强板条方向的有限个作用点处,由含裂纹板的复应力函数解法进行求解.文中分别就加强板条位置和加强板条相对刚度对裂纹板加强作用的影响进行了计算分析.计算结果表明,加强板条纵向刚度对降低裂纹板的应力强度因子起主要作用,提高加强板条刚度有利于降低结构应力强度因子,提高结构承载能力.     

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。     

正交斜放空腹夹层板楼盖自振特性分析

正交斜放钢筋混凝土空腹夹层板是马克俭院士提出的新型楼盖结构体系,广泛应用于大跨度公共建筑中。为了研究该种新型楼盖的受力性能,采用大型有限元软件SAP2000对拟建盒式结构的正交斜放楼盖进行分析。基于舒适度评定标准,将本文分析得到的楼盖基频与各国规范的限值进行对比,研究表明正交斜放空腹夹层板满足舒适度对楼盖基频的要求,并具有良好的受力性能。在空腹夹层板的实际应用中,建议将与边梁相连的网格做成实腹式或在该网格的上、下肋之间添加斜撑肋,以改善上、下肋的受力情况。     

开洞位置对无粘结预应力板挠度影响的实验分析

无粘结预应力混凝土楼面经常要进行开洞处理,洞口附近区域易产生应力集中现象,对楼板的整体性能有很大影响,会导致楼板的裂缝开展,挠度增大,抗弯承载能力急剧下降等。文章通过4块无粘结预应力混凝土开洞板的实验现象,着重对不同开洞位置无粘结预应力板的挠度情况进行研究分析。结果表明,楼板开洞对板造成的影响是复杂的,与洞口的位置、形状、周边的受力、楼板的受力、楼板的性质（单向板、双向板、连续板）等都密切相关。     

船舶典型节点的形状优化设计

船舶结构容易在连接构件处产生应力集中。采用子模型方法对应力集中区域进行精细化分析,并提出节点连接构件形状优化设计数学模型。基于节点子模型,分别以肘板和垂直桁的形状参数为设计变量,以关注区域结构最大Mises应力极小化为目标函数,采用Optistruct软件进行形状优化设计。计算结果表明,优化方案大幅降低了节点结构的最大Mises应力,同时应力分布更加均匀,为船舶节点结构精细化设计提供了参考。     

预制装配式RCS框架的抗震性能分析

RCS混合框架结构能发挥钢与混凝土两种材料各自的优点,为充分利用钢结构的装配优势,提出一种将预制装配式与RCS混合框架结构相结合的新型装配式RCS节点;在节点试验的基础上,基于开源软件Open SEES平台提出装配式RCS节点的建模方法,并对装配式RCS框架结构进行动力弹塑性对比分析;通过修改节点连接处的初始转动刚度,研究节点处半刚性行为对结构整体抗震性能的影响.分析表明:装配式RCS框架在8度罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角相对于普通RCS框架有所增加,但可以满足规范的抗震性能要求;节点连接的半刚性行为对装配式RCS整体结构受力性能有显著的影响,降低节点连接处的初始刚度对增大结构周期作用明显;当连接处节点的初始刚度在半刚性范围内变化时,结构的最大层间位移角与初始刚度的关系需通过屈服机制进行精细研究.     

多用途船绞车、锚机基座及支撑船体结构强度计算分析

建立17 600 DWT多用途船艏部绞车、锚机基座及支撑基座船体结构局部有限元模型,依据CCS规范对基座及支撑基座的船体结构进行直接计算及分析,结果表明,在甲板上浪、锚机基座承受45%锚链破断力及挚链器受80%破断力三种工况下基座及支撑结构强度均满足规范要求,但基座肘板与甲板连接处、锚链筒与甲板连接处及基座腹板下方的船体舱壁处应力较大,分析不同肘板自由边过渡形式对连接处应力的影响,提出合理的肘板自由边过渡形式。     

含裂纹损伤部分加筋板应力强度因子分析

基于复应力函数的解法,对含裂纹部分加筋板在拉伸载荷作用下的应力强度因子进行了分析计算.考虑了部分筋条的长度、位置以及筋条与板的相对刚度对加筋板裂纹尖端应力强度因子的影响,并基于这些结果对结构的止裂性能进行了分析.计算结果表明对于给定的裂纹长度,随着筋条长度的增加,筋条对裂纹板的加强作用普遍提高,当筋条的长度增加到一定程度时,继续增加筋条长度对应力强度因子影响不大;提高筋条对板的相对刚度,能有效降低结构应力强度因子,提高结构的止裂能力.     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

节点局部结构型式对应力分布的影响

本文主要针对海洋结构物中的典型局部结构——K型管节点局部结构进行数值模拟分析，考察局部结构型式对其疲劳行为的影响。首先，控制最大应力的产生部位，使原本出现在管节点相贯线附近及肘板或撑板与管节点主构件连接处的最大应力转移至肘板或撑板板缘上，从而控制疲劳裂纹产生于管节点局部结构中的附属构件上；其次，通过在裂纹尖端打孔的方式，消除裂纹的扩展状态，以达到在结构物全寿命周期内延长维修周期、减小维修难度、节省维修费用的目的。     

内压下矩形耐压舱内部结构优化设计

[目的]为有效降低内压下矩形耐压舱板架弯曲应力,[方法]分别提出内压下矩形耐压舱内部平台位置和支柱布局以及尺寸优化设计数学模型。以内部平台垂向位置作为设计变量,极小化横纵舱壁结构的最大弯曲应力,采用遗传算法求解,得到最优的内部平台布置位置,其优化结果接近垂向均布。支柱设计采用分级优化设计方法,先以等刚度支柱位置作为设计变量,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,分别得到不同支柱数量下的最优布局方案;然后依据应力约束条件选取支柱数量及布局,在此基础上进一步以支柱截面尺寸作为设计变量,以基础优化方案的重量作为约束,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,得到不等刚度支柱最优截面尺寸。[结果]其优化结果显示偏中心区域支柱截面积更大。最终优化设计方案较初始方案,横舱壁、纵舱壁和顶甲板弯曲应力分别降低了28.3%,25.7%和13.9%。[结论]本优化设计方法可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

内部球面舱壁与耐压壳体连接处加强结构的应力分析

耐压壳体内部球面舱壁与耐压壳体连接处加强结构的不同，对该处耐压壳板受力影响很大。为了便于对比分析，耐了对贴板式加强结构和加厚板嵌入加强结构进行理论计算以外，还把应力计算结果连成曲线，对多种加强结构的对比分析，从中得出加厚板嵌入加强结构优于其它形式加强结构。建议在有关的工程设计中，采用加厚板嵌入加强结构。     

焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

组合载荷作用下有孔板的屈曲强度

舰船结构中的桁材和肋板腹板通常开有许多管系和穿舱孔，这些开孔在多数情况下会降低板的屈曲强度，而且它们对评价开孔对板的屈曲强度的影响非常重要。为了评价孔板的弹性屈曲强度，进行了一系列特征值分析。此外，邻接的无开孔板的影响也需要研究，原因是由于开孔所引起的应力集中，使其产生高应力区域和低应力区域。当在高应力区域发生屈曲变形时，屈曲强度降低，另一方面，当在低应力区域发生屈曲变化，屈曲强度增高；当一个设有大型水平防挠材的桁材腹板有开孔时，在无开孔的邻接板内产生高应力区域，在这种情况下，邻接板的屈曲将决定一个有孔腹板的屈曲强度；在某些情况下，船级社的规范计算公式对有孔板给出了比用有限元法分析的结果相对比较低的弹性屈曲强度。     

基于Ansys/AQWA的极大型浮式结构总体强度分析

以极大型浮式结构的单模块为研究对象,采用大型通用有限元软件Ansys/AQWA进行极大型浮体水动力响应分析并预报波浪载荷,进而调用ASAS模块进行极大型浮体总体强度分析。分析结果表明:极大型浮体3个连接部位,即横撑与下浮体围壁连接处,立柱外壳与上箱体底板连接处和立柱外壳与下浮体外板连接处出现了较大的应力集中,其中横撑与下浮体围壁连接处的应力值可能已超过许用应力。因此,对横撑与下浮体围壁连接处进行结构加强,采用Ansys/AQWA对结构改进后的极大型浮体进行总体强度分析,并与改进前的结果进行对比。从对比结果可知:通过结构的改进和加强,横撑与下浮体连接处的Von Mises应力普遍下降。本文的研究成果将为极大型浮体后续的疲劳分析提供重要的理论基础。     

均布压力作用下加筋板结构局部补强分析

采用有限元分析方法分析对局部腐蚀的加筋板结构分别采用焊接、粘接补板的方法进行局部补强后原始结构和补板的强度;研究局部补强后加筋板结构的强度与补强方式、贴板厚度等参数之间的关系,计算不同补强方式、不同厚度的贴板补强后结构的最大应力值;对比缺陷区域最大应力值的大小,分析补强方式和贴板厚度对补强效果的影响。分析表明,局部补强后加筋板结构缺陷区域的最大应力值随着补强板厚度的增加而逐渐减小,但补强板的存在并未明显改变补强区域与原加筋板结构连接边界处的应力分布趋势,且使用相同厚度的补强板时,粘接补强的效果要明显好于焊接补强。     

大跨度方形平面四坡水混凝土空腹网架结构静力分析

为研究大跨度方形平面四坡水混凝土空腹网架屋盖的静力性能,基于Midas建模,对该空腹网架结构进行静力性能分析。研究表明,在屋盖自重和荷载作用下,上弦杆以受压为主,下弦杆以受拉为主,腹杆受剪为主,在进行内力分析时,其最大的挠度发生在四周破屋面靠楼盖中心部位,其值远低于限值,具有非常好的力学性能。结构内力的最大值出现在各模拟支撑支座处,在设计时建议采用实腹梁以承受楼板结构传递来的荷载。