加筋板结构后极限强度行为影响参数研究

为使船体结构的安全性设计得到有效技术支撑,通过ABAQUS有限元软件,对面内压力作用下的加筋板结构进行响应分析,得出加筋板结构在达到极限强度之后的载荷-位移关系曲线,即后极限强度行为.探讨了板厚、材料硬化率、边界条件以及初始缺陷等影响船体加筋板结构受损之后承载能力的重要参数.结果表明:加强筋数量的增加对于提高加筋板结构在给定变形下的承载能力有利,板厚的增加并不能有效改善结构受损后的承载能力.     

外载荷作用下的船体梁极限弯矩

为了合理地预测船体梁极限弯矩,基于通用有限元系统,结合材料非线性和初始缺陷处理方法,考虑货物载荷、静水压力和水动压力等局部载荷和水平弯矩、扭转等外载荷作用,建立了一个计及外载荷效应的船体极限强度非线性有限元分析的框架.采用该文方法对Paik计算模型中受局部载荷作用的加筋板的极限强度进行了分析,计算结果表明,方法准确可靠.最后,计及外载荷作用对某型油船的极限弯矩进行了计算分析,研究表明:外载荷效应是不可忽略的,船体梁极限承载能力不仅与船体结构自身有关,还与外载荷密切相关.因此,建议根据船舶的具体装载工况分别进行船体梁极限承载能力计算.     

含有初始挠度的加筋板结构非线性动力屈曲数值分析

基于含有初始挠度的四边简支加筋板模型,数值模拟其受面内冲击荷载作用的动力屈曲行为。提取不同初始挠度幅值、加强筋体积比、加强筋截面宽高比以及分布形式下的动力响应时间历程结果,绘制出基于B-R准则的P-Y曲线,讨论各种参数对加筋板整体结构抗屈曲能力的影响。分析表明:不同的荷载参数,加筋板的动力屈曲行为有显著的不同;加筋板的动力屈曲对初始挠度幅值非常敏感,而加强筋参数对加筋板结构动力屈曲的影响有规律可循。     

侧边约束对复合材料加筋板屈曲及后屈曲特性的影响

对侧边受到简支约束和固支约束的复合材料工型加筋板进行轴压试验和数值模拟,研究侧边约束对加筋板屈曲及后屈曲特性的影响,并进一步探讨分析结构破坏机理。轴压试验中使用影像云纹实时监测加筋板失稳模态,数值模拟基于ABAQUS使用Hashin层内失效准则和界面单元模拟脱粘建立有限元模型。计算结果与试验结果相吻合。研究表明不同侧边约束下加筋板具有相似的失稳模态和破坏模式,尽管侧边固支加筋板失稳载荷高于侧边简支加筋板,但其承载能力并无明显提高;加筋板结构承载主要由筋条决定,而筋条蒙皮大面积脱粘发生在结构失效之后。     

有限加筋板边界效应对应力强度因子的影响

分析了合裂纹损伤的有限加筋板边界效应对裂纹尖端应力强度因子的影响，得到裂纹尖端应力强度因子随结构尺寸及边界条件的变化规律。结果表明，随着有限加筋板高宽比和筋、板相对刚度的增大，结构应力强度因子的下降幅度逐渐增大。当裂纹尖端离筋条越近时，这种现象越明显。     

复合材料格栅加筋板的分层扩展特性

采用有限元方法对低速冲击后蒙皮内含有不同分层形式的复合材料格栅加筋(AGS)板的分层扩展行为进行了数值模拟。采用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率,并以总能量释放率准则作为分层扩展判据,结合自适应网格移动技术,分别研究了在压缩载荷作用下,蒙皮内具有圆形和椭圆形分层的复合材料格栅加筋板的分层扩展过程。数值研究结果表明:分层深度的变化导致了AGS的分层扩展特性十分复杂,它与分层深度、初始分层尺寸、蒙皮和肋骨的刚度比、后屈曲变形模式等因素都密切相关。本文结论对AGS的承载能力预测及优化设计具有一定的参考价值。     

加筋板的累积损伤力学模型研究

为了研究船体梁在循环荷载作用下的极限承载能力,修改了钢材的累积损伤模型,并将其引入到加筋板的极限承载力计算模型之中,提出了一种循环载荷载荷作用下考虑材料损伤累积的加筋板极限承载力的计算方法.采用Visual Basic 6.0编制了循环荷载作用下加筋板的滞回曲线计算程序,进行了加筋板的计算,并采用有限元软件进行对比验证...     

复合材料加筋板极限承载能力分析

加筋板在出现屈曲之后并未完全失效,仍然具有较高的承载能力。本研究利用ABAQUS软件建立由shell-solid单元组合的复合材料加筋板极限承载能力分析模型。复合材料层合板和界面材料的破坏通过子程序判断,子程序中编写了Hashin和Quads失效判据,并引入材料刚度退化准则。通过有限元模拟方法分析复合材料加筋板在轴向压缩载荷下的极限承载能力,并详细给出3种失效模式的破坏过程,仿真结果与试验结果相比误差较小,说明所建立模型及USDFLD程序是正确的。     

双轴载荷比对含裂纹加劲曲板剩余强度的影响

用弹塑性有限元方法,以裂尖张开角参数为断裂准则分析了双轴载荷比对含裂纹加劲曲板中扩展裂纹尖端应力场、塑性区形状和尺寸,加劲桁条中应力分布及加劲曲板结构剩余强度的影响。发现双轴载荷比的增大使曲板的曲率增大,明显改变了扩展裂尖处应力分布、塑性区的形状和尺寸,虽可提高起裂名义应力,但却使整个结构的剩余强度明显降低。加劲曲板结构的最终破坏是因蒙皮中裂纹快速失稳扩展所致,而这种失稳扩展是由加劲曲板内侧裂尖局部处材料的塑性垮损开始的。     

典型加筋板结构面内裂纹偏转与扩展行为分析

为研究筋条截面形式和多部位损伤对整体加筋板裂纹偏转行为和断裂特性的影响,采用断裂力学和有限元方法对其进行分析.首先建立整体加筋板疲劳裂纹扩展模型,通过与裂纹扩展速率试验进行比较验证模型可靠性;在此基础上讨论筋条截面形式对裂纹断裂参量和转折行为的影响;最后对多裂纹问题进行研究.结果表明:筋条截面形式对断裂参量的影响并不显著,裂纹偏转行为在远离筋条区域扩展时发生的可能性最大;多裂纹情况下裂纹并不会转折,而是笔直扩展进而连通成一条大裂纹,同时由于相邻裂尖的强烈干涉,造成应力强度因子剧增,加速裂纹扩展,进而严重缩短了扩展寿命,因此需采用有效的修补手段来提高结构的剩余强度和使用寿命.     

双轴载荷对比含裂纹加劲曲板剩余强度的影响

用弹塑性有限元方法，以裂尖张开角参数为断裂准则分析了双轴载荷双对含裂纹加劲曲板中扩展裂纹尖端应力场、塑性区形状和尺寸，加劲桁条中应力分布和劲曲板结构剩余强度的影响，发现双轴载荷比的增大使曲板的曲率增大，明显改变了扩展裂尖处应力分布、塑性区的形状和尺寸，虽可提高起裂名义应力，但却使整个结构的剩余强度明显降低，加劲曲板结构的最终破坏是因蒙皮中裂纹快速失稳扩展所致，而这种失稳扩展是由加劲曲板内侧裂尖局部处材料的塑性垮损开始的。     

热力耦合下不同加筋壁板稳定性分析

针对飞行器不同加筋壁板在不同载荷工况下的结构稳定性问题,采用Abaqus有限元分析软件,建立了长度和宽度相同的4种加筋壁板有限元数值分析模型。通过对加筋壁板的屈曲和后屈曲响应分析,给出不同筋条截面形式和布局方向的加筋板在机械载荷、温度载荷以及热力耦合下的屈曲模态和挠度曲线。结果表明:T型加筋板在机械载荷作用下表现出良好的稳定性,最大承受载荷为281 kN,远大于其他截面形式的加筋板;筋条布局方向对加筋板的承载能力影响很小,但是合理的布局能够大幅减小加筋壁板的面外位移;热力耦合下加筋板没有明显的前屈曲过程,其后屈曲响应与机械载荷作用下时大致相同,但是加筋板的最大承载能力会由于温度载荷的存在而减小8%～15%。     

多裂纹加筋板应力强度因子的解析解——Paris位移公式应用

运用解析方法求解多裂纹加筋壁板的应力强度因子,关键的问题是含裂纹板件(即加筋板的元件,筋条和板)位移场的计算。本文将求解含裂纹板件位移的 Paris公式引进普通的铆钉力法(解析法),从而形成了适用于求解多裂纹组合结构应力强度因子的推广的铆钉力法(解析方法)。文中多裂纹加筋板具体例子的计算表明,推广的铆钉力法计算简便,结果精度高,并且特别适用于组合结构结构参数影响分析和优化的研究。     

初始缺陷对复合材料层合板力学性能影响研究

复合材料层合板在热压成型以及冷却过程中容易出现分层缺陷,分层缺陷是影响复合材料性能最主要的缺陷形式之一,其在复合材料中的产生和扩展都会显著降低复合材料的结构强度甚至引发灾难性的破坏,所以复合材料的分层缺陷对于结构的可靠性有着十分重要的影响。以初始分层位置以及初始分层直径2个参数作为研究对象设计实验,通过数值模拟和试验得到两者对于复合材料层合板力学性能的影响规律,并得出以下结论:初始分层沿厚度方向位置对线性段平均压缩模量以及应变的影响较小,分层越接近中心面,对极限承载能力影响越大;当缺陷直径在有效作用区长度的8%～20%(18～44 mm)范围内时,对层合板线性段平均压缩模量、极限承载能力以及应变的影响变化不明显,当直径提升到有效作用区长度的27%(60 mm)时,以上性能均出现较大变化。另外,将双线性内聚力单元引入渐进失效方法计算层合板极限承载能力,通过试验结果与数值模拟的对比验证了算法的准确性。     

基于ANSYS管道缺陷承载行为研究

研究了压力管道含局部减薄缺陷及轴向长表面裂纹缺陷时的极限承载能力及结构极限状态特性。通过ANSYS有限元方法对压力管道含局部减薄缺陷及轴向长表面裂纹缺陷进行非线性数值分析,结果表明极限载荷与材料屈服强度成线性关系;在极限状态下,裂纹前端塑性区首先沿45°方向扩展并贯穿韧带截面。     

自动铺丝变刚度加筋板结构承载能力分析

对自动铺丝带来的变刚度问题研究近期才引起关注,目前还处于探索阶段,变刚度加筋结构的工程应用仍需要大量的机理性探究作为数据支撑。基于分段线性化的离散思想和纤维平移法,使用Matlab/ABAQUS杂交建模法建立变刚度层板有限元模型。考虑材料刚度退化及筋条与蒙皮之间的界面损伤,基于Hashin准则编写的子程序,研究了变刚度蒙皮加筋板在压缩和压剪组合载荷下的承载能力。对比直线铺放加筋板和变刚度加筋板的载荷-位移曲线,证明采用合理的曲线铺丝设计,加筋板的承载能力可以得到显著提高,通过对几种加筋板在上述2种载荷工况下的渐进失效分析,研究了变刚度蒙皮加筋板的失效机理和其对整体承载性能的影响。实验结果表明:采取合理的变刚度蒙皮的方式能够较为显著地提高加筋板的刚度,提高结构的极限承载能力。     

加筋防护埋地管道静载特性的数值模拟与参数分析

目前城市市政工程埋地管道的安全与防护是管理部门日益关注的重点,论文基于有限元数值模拟了静载作用下格栅加筋防护埋地管道的力学响应,综合对比研究了筋材埋深、长度和加筋层数等因素对埋地管道的力学与变形影响,数值计算结果表明:综合管道应力、变形和加载板极限承载力,确定了顶层筋材最佳埋深和长度分别为0.4倍加载板宽度和5倍管道外径;同等条件下,增加格栅加筋层数,地表加载板极限承载力显著增加,且在距中心点相同距离时,底层筋材的应力最大,顶层筋材的应力相对较小。     

内部缺陷对闭孔泡沫铝压缩性能影响的有限元分析

泡沫铝是由铝或铝合金骨架及大量气泡构成的新型金属材料,其压缩性能在很大程度上受其内部缺陷及结构参数的影响.本文通过构建闭孔泡沫铝三维模型并应用Deform-3D软件对其准静态压缩变形过程进行数值模拟计算,讨论了结构参数及内部缺陷对其压缩性能的影响.实验结果显示:在准静态压缩过程中,随着孔隙率的增大闭孔泡沫铝的屈服平台应力逐渐减小;而在孔隙率相同的条件下,其平台应力随孔径的增大而减小;裂纹、大孔洞等缺陷会在一定程度上降低泡沫铝的力学性能,且应力一般集中在缺陷处.闭孔泡沫铝压缩过程中的变形主要以平行于加载方向的孔壁压缩变形为主,在胞壁的交界处应力相对集中,随着载荷的增加,这些交界处会发生塑性屈服或者断裂失效.     

加筋板在热声载荷作用下随机疲劳寿命估算

薄壁结构在热声载荷作用下的应力响应对其疲劳寿命估算有着很大的影响。给出了热声载荷作用下加筋板结构的大挠度运动方程,运用有限元方法进行数值模拟,分别计算了四边简支薄壁板与加筋板在相同有限带宽高斯白噪声载荷和变化温度下的应力响应,得到了应力时间历程、应力概率密度分布和应力功率谱密度,利用改进的雨流计数法,结合线性累计损伤理论,采用Smith-Watson-Topper(SWT)平均应力模型估算了两种结构在热声载荷作用下的疲劳寿命,并进行了比较分析。     

舰艇破损剩余强度反分析研究

基于塑性理论，提出了一个新的校核舰艇剩余强度的方法。以激光炸弹、反舰导弹和鱼雷为典型攻击武器。在破口大小和位置给定的情况下，根据破损部位的不同，分别对舰艇主船体结构在水线以上破损和在水线以下破损后的舰体剩余强度进行计算。考虑在多发不同武器命中的情况，计算了对应武器若干发命中后的损伤后果。通过反分析方法分析了船体梁的剩余强度，依据极限承载能力提出了判别船体梁是否失效的依据，并给出了结构失效时所需的破损条件和对应武器命中发数。