对宽加筋板极限强度的计算和实验结果的比较外文翻译资料

 2022-07-28 14:11:23

英语原文共 20 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

对宽加筋板极限强度的计算和实验结果的比较

Ming Cai Xu, C.Guedes Soares

摘要

本文以非线性有限元和共同结构规范分析5组带有4根加筋的宽加筋板在受轴向压力直到破坏情况下的强度，并与实验结果相比较。加筋板模型有2个纵向跨度以便在边的末端能产生合理的边界条件。为了获得有限元分析中使用的钢材料属性，进行了拉伸试验。分析采用了3种边界条件形式来研究它们对加筋板的破坏表现的影响。用位移传感器测量加筋板的初始几何缺陷。加筋板的破坏表现将在有限元分析中和测量到的初始缺陷、名义缺陷一起分析。对受压力载荷直到破坏的加筋板的极限强度，确认了等效的初始缺陷。相同的缺陷振幅下，加筋板的柱式初始弯曲的形状显著影响破坏形状，但对极限强度和破坏模式的影响不大。BC3式约束边界条件下的1/2 1 1/2式双跨模型提供了所需的有限元模型，并能在实验中装配。

关键词：极限强度；加筋板；实验；单轴压力；屈曲

符号含义

板宽厚比

柱长细比

a 板的长度

b 板的宽度

tp 板的厚度

E 材料的杨氏模数

r 回转半径

板的有效宽度

cl 缺陷等级系数

Sa 板的平均压力

Sy 材料屈服压力

板的平均应力

材料屈服应力

Su 板的极限应力

Sut 实验中的极限应力

Suc 根据CSR计算的极限应力

Sum 根据测得初始缺陷和BC1边界条件，有限元分析中的极限应力

Sue1 根据等效初始缺陷、公式（6）、（7）、（9）和BC1边界条件，有限元分析中的极限应力

Sue2 根据等效初始缺陷、公式（6）、（8）、（9）和BC1边界条件，有限元分析中的极限应力

Sue3 根据等效初始缺陷、公式（6）、（8）、（9）和BC2边界条件，有限元分析中的极限应力

Sue4 根据等效初始缺陷、公式（6）、（8）、（9）和BC3边界条件，有限元分析中的极限应力

Ru1 Suc /Sut

Ru2 Sum /Sut

Ru3 Sue1 /Sut

Ru4 Sue2 /Sut

Ru5 Sue3 /Sut

Ru6 Sue4 /Sut

1.介绍

运用非线性有限元法分析很复杂的结构，同时它能精准预测加筋板和不加筋板的复杂破坏表现[1,2]。实验结果可用作校准，但计算可以更清晰地研究破坏表现的实质。Tanaka和Endo[3]进行了一系列关于纵向加强的加筋板的极限抗压强度特性的实验和数值有限元研究，这些加筋板在3个跨度上有3根固定的加筋，用来通过纵向加筋的局部屈曲或倾倒失效。Ghavami和Khedmati[4]进行了比较上述2个实验项目结果的有限元研究。他们通过改变加筋横截面形状为长方形（R）、L、T形来研究其影响。此外，加筋的间距和有无固定横向加筋对屈曲至破坏表现的影响也被研究过。

船体结构建造过程中引起的初始缺陷是不可避免的，这取决于与大小尺寸和空间差异有关的影响较大的不确定性[5]。很多情况下，初始缺陷倾向于降低板的刚度和极限强度。承受屈曲载荷的板的表现很大程度上取决于它们初始弯曲的形状[6]。这些初始缺陷对加筋板的极限强度影响很大，这需要得到解释。采用能量法[7]测量初始弯曲对破坏强度有多大的影响。

Kmiecik[8]等分析了多年以来对船体板壳焊后变形的测量结果，包括货船、多用途拖船、散货船、化学品船、油轮、调查船以及渡轮的1998块板结构。测量结果证实了这些缺陷的变化性对板的强度有明显的影响[9]，总体上需要用一些概率方法处理[10]。

Gordo和Guedes Soares[11—13]测试了几块加筋板受单轴压力载荷直到破坏时的情况，有些情况下实验中的板因为边界条件的作用并没有如预期那样破坏。有限元模型和边界条件都会影响加筋板的破坏情况。为了理解这个问题，同时重新设计被测的样本模型，进行了一些数值研究。很多（几百）样例被用于计算，它们有不同的边界条件和模型，包括3个跨度、“1/2 1 1/2”型双跨、“1 1”型双跨和单跨，Xu和Guedes Soares[14,15]以此分析加筋的几何和板的边界条件对受压加筋板的极限强度的影响。3个跨度和“1/2 1 1/2”型双跨度的加筋板通过避开中央位置的板与载荷偏心相关的边界条件问题可以产生更多实际结果，也能包含相邻板之间的干扰问题。因此，“1/2 1 1/2”型双跨模型被用于测试和仿真中，这是纵向上2个半跨和1个整跨的情况。在2末端各有半个跨度意味着在那条边上施加的边界条件应该允许破坏过程中边的转动，这种情况相对于在一个整跨末端强加固定条件在实验中更易于实现。

作为这些研究的结果，Xu和Guedes Soares[16]进行了对受压加筋板的实验性研究。这篇文章对这些样例的载荷位移表现进行数值评估，并与实验结果比较。

初始几何缺陷对加筋板的破坏表现和极限强度有显著影响。最精确的方法是用测量数据解释加筋板的初始缺陷。因此，初始几何缺陷通过记录参考基和板表面间的距离已经测得，并已用于这组计算中。

但测得的初始缺陷并不有效，比如对设计阶段，这种情况下对等效初始缺陷进行研究，并在有限元分析中使用。在绝大多数最初的理论研究中，假设初始弯曲与通常使用的三角函数形状相同。为了研究初始弯曲对受纵向压力的加筋板的破坏强度的作用，这些样例用测得的初始缺陷和等效初始缺陷进行分析。采用3种边界条件研究它们对加筋板破坏表现的影响。短加筋板和长加筋板的破坏模式不同，因此在5个样例中设置不同的肋距。对宽板而言，因不受支持的横边导致总横截面积效用降低的百分比低于窄板。在屈曲过程中，横边上效力缺失对宽板的影响应该更小。这个系列研究与对窄板（2根加筋）的系列测试相比较，以此分析宽度对加筋板强度的影响。

2.对被测模型的描述

因为船上的加筋板边界是由纵桁、横向肋骨等支持的，所以在实验和计算中为加筋板模型规定合适的边界条件是很大的挑战。因此，用相关方法模拟出板的边界条件很重要。图1中Xu和Guedes Soares用“1/2 1 1/2”双跨加筋板模型进行测试。图2展示了测试中的设置，这是用于再现板末的简支边界条件。肋骨和加筋的尺寸分别是L和I，板厚是4mm，肋距如表1所示。关于测试、模型和测试过程的更多细节见[16]。

影响薄板和受压力载荷的加筋板的主要参数是板宽厚比和柱长细比。定义如下：

板宽厚比：

柱长细比：

回转半径：

板单元的有效宽度（）的计算[17]：

它直接取决于结构单元的几何和材料特性。

3.非线性有限元分析

3.1有限元模型

采用有限元软件评估加筋板的极限强度。图3中有限元模型采用Shell 181单元，模型包含4个节点单元，每个节点有6个自由度。可以此解释线性、大转角和非线性大张力。完整的或是简化的综合方案都能得到支持。这个单元适合于分析薄壁结构。壳单元应足够适宜描述模型形状（同样适合变形后）。因此，需要在要求的精度和力度之间达到一种平衡。板上单元大小为纵向上20mm，横向上30mm，加筋上有5个单元，板格上10个单元，肋骨法兰上5个单元。

测试中，用初始载荷周期清除加筋板上的剩余应力。因此，有限元分析中没有具体模拟焊接剩余应力。几何和材料的非线性特征都有考虑，包括弹塑性大弯曲。通过[16]中张力测试得到的真实应力-张力曲线用于图4中有限元分析。其余材料特性分别是：屈服应力483MPa，杨氏模数E=200GPa，泊松比v=0.3。

3.2边界条件和载荷

图1表示有限元分析的坐标系和载荷。采用3种不同的边界条件研究它们对加筋板的破坏表现和极限强度的影响。说明如下。

3.2.1. BC1：纵向简支边界条件

图2中，受载的顶边与为再现板末简支条件设置的钢床完全相关。对受单轴压力载荷的双跨（1/2 1 1/2）模型，纵向上固定或简支边界条件对板的强度仅有较小的影响[14,15]。同实验中设置相似的仿真中用到了纵向简支边界条件。2根钢条用来支持与U形导杆相连的横向肋骨，肋骨还能沿U形导杆移动、转动。也就是说，横向肋骨允许纵向位移和转动，但阻止平面外位移。在纵向上施加的位移Cd应用在板的A4B4边和加筋的腹板上，边界条件如下：

加筋和板上的A1B1边：

加筋和板上的A4B4边：

肋骨上A2、B2、A3、B3 ：

3.2.2. BC2：纵向周期性对称边界条件

对船舶结构中受单轴压力载荷的加筋板，在纵向上设置周期性对称条件的“1/2 1 1/2”双跨模型提供了一个合理的形式。这种形式考虑了奇数和偶数半波。因此，它有最小的模型不确定性。当周期性对称条件的双跨模型安置在纵向上，并没有必要考虑会发生何种破坏形式[18]。这种构形在这里作为参考。

图1中，这种周期性对称条件用在A1B1和A4B4边，假设加筋板的破坏变形在每跨上会重复相同的形状。这意味着A1B1和A4B4边上有相同的位移和转角，即。纵向上的施加位移在板的A4B4边上。板和腹板上A1B1边上的ux约束，同样应用在A4B4边上。约束公式用于使A1B1和A4B4边上板和加筋上的位移相同。符号“*”表示加筋板的终边上有相同自由度。A1B1边上对应于A4B4边上施加位移Cd的作用力提供所有施加的轴向载荷，包括在加筋横截面上的。A1A4和B1B4边上施加横向的对称边界条件。这是假设加筋板的破坏变形绕x轴有对称形状，这说明A1A4和B1B4边有相同的位移和相反的转角。边界条件的说明如下：

A1B1：；

A4B4：；

A2B2、A3B3：；

A1A4：；

B1B4：

C1、C2、C3和C4上E1F1：；

D1、D2、D3和D4上E4F4：；

在肋骨和加筋交叉处的E2F2、E3F3：；

3.2.3. BC3：纵向约束边界条件

实验中对加筋板施加周期性对称边界条件是很困难的，A1B1和A4B4边上的横向约束可能影响加筋板中跨的极限强度。BC3构形是用于研究另一种足够完整且在实验中更易搭建的模型。相对于BC1构形，实验中可能建成的BC3构形中增加了加筋板终边的横向约束。板的A4B4边和加筋的腹板上加了纵向施加位移Cd。边界条件如下：

加筋和板上的A1B1边：；

加筋和板上的A4B4边：；

肋骨上A2、B2、A3、B3 ：

3.3.几何初始缺陷的分析

缺陷是在复杂

全文共13434字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[143910]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章