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冰区狭窄航道中船舶结构响应特性研究
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作者 董海波 夏劲松 +1 位作者 刘俊杰 赵南 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第16期54-60,共7页
针对极地运输船舶沿冰区狭窄航道航行的场景,采用非线性有限元软件,对船-层冰的碰撞、摩擦作用进行数值模拟。考虑典型的初始速度与层冰厚度,分析船-冰作用过程中艏部结构的应力、变形损伤、层冰的破碎、能量变化及碰撞力,研究不同初始... 针对极地运输船舶沿冰区狭窄航道航行的场景,采用非线性有限元软件,对船-层冰的碰撞、摩擦作用进行数值模拟。考虑典型的初始速度与层冰厚度,分析船-冰作用过程中艏部结构的应力、变形损伤、层冰的破碎、能量变化及碰撞力,研究不同初始速度对结构响应的影响。结果表明,由于结构变形和冰破碎,碰撞力会不断出现卸载现象;随初始速度的增加,艏部左侧和右侧的最大碰撞力均会变大;随初始速度的增加,冰体和结构的变形能均变大,且同一时刻冰体变形能与结构变形能的比值在变大。 展开更多
关键词 非线性有限元 狭窄航道 碰撞力 结构响应
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船舶板架结构变形场测量技术研究
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作者 李生鹏 韦朋余 +3 位作者 刘豪 戴泽宇 张若楠 宋培龙 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1599-1610,共12页
船舶结构强度试验过程中,传统的离散点变形测量技术难以获得结构的全场变形数据,因而无法有效揭示结构的渐进破坏过程。本文基于数字图像相关和三维激光扫描原理,提出适用于船舶板架结构变形测量的位移形函数与子区相关性准则,发展定量... 船舶结构强度试验过程中,传统的离散点变形测量技术难以获得结构的全场变形数据,因而无法有效揭示结构的渐进破坏过程。本文基于数字图像相关和三维激光扫描原理,提出适用于船舶板架结构变形测量的位移形函数与子区相关性准则,发展定量可控的数字散斑场制作方法,形成船舶板架结构几何形貌测量方法,建立船舶板架结构变形场测量技术;在此基础上,开展船舶板架结构模型变形场演化过程测量试验,获得模型在纵向压缩载荷所用下的结构变形场,尤其是模型结构临界状态前后的失效演化行为,揭示船舶板架结构变形场的时空演化规律,可为实船结构的失效模式识别提供基础测量技术手段。 展开更多
关键词 船舶板架结构 数字图像相关 三维激光扫描 变形场测量
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水下激光通信耐压舱结构设计研究
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作者 陈沙古 高原 +1 位作者 冯令良 谢晓忠 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第9期15-20,共6页
随着海洋资源开发与深海探测技术的不断发展,水下激光通信近年来逐步成为研究热点。本文以水下激光通信耐压舱为研究对象,根据耐压舱的结构特点和设计目标,提出一种采用钛合金舱体与蓝宝石光窗的耐压结构方案。围绕耐压舱设计方案开展... 随着海洋资源开发与深海探测技术的不断发展,水下激光通信近年来逐步成为研究热点。本文以水下激光通信耐压舱为研究对象,根据耐压舱的结构特点和设计目标,提出一种采用钛合金舱体与蓝宝石光窗的耐压结构方案。围绕耐压舱设计方案开展理论分析,研究评估耐压舱的结构强度和极限承载能力。建立耐压舱结构实体单元有限元模型,基于Bilinear弹塑性模型和Mooney-Rivlin超弹模型对耐压舱结构安全和密封性能进行仿真计算。计算结果表明,本文关于耐压舱的结构设计与评估结果正确可靠,光窗密封结构合理可行,可以为水下激光通信耐压舱的工程设计提供依据。 展开更多
关键词 激光通信 耐压舱 结构设计 安全评估 光窗结构
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基于共模的耐压结构超差矫正评估方法研究
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作者 陈沙古 谢晓忠 +1 位作者 吴智睿 刘成 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期132-141,共10页
在大型耐压结构建造过程中,超差问题难以避免,而超差矫正及其安全评估一直是行业内的工程难题。以常见的耐压结构合拢端口超差问题为研究对象,开展矫正措施和评估方法研究。根据矫正工装的结构特点,提出了一种矫正力的间接测量方法,可... 在大型耐压结构建造过程中,超差问题难以避免,而超差矫正及其安全评估一直是行业内的工程难题。以常见的耐压结构合拢端口超差问题为研究对象,开展矫正措施和评估方法研究。根据矫正工装的结构特点,提出了一种矫正力的间接测量方法,可为矫正引起的结构内应力计算提供载荷条件。基于合拢端口的柔性-刚性连接假设,构建了一种用于局部结构矫正内应力和整体结构极限承载能力仿真计算的共模方法。采用该共模方法对舱段结构板壁差超差矫正进行仿真计算,研究了局部矫正内应力对舱段结构极限承载能力的影响。结果表明:由板壁差超差引起的矫正内应力对舱段结构承载能力的影响很小,基本可以忽略不计;但当超差情况较为严重,矫正引起的内应力水平达到材料的屈服强度时,超差矫正对舱段结构承载能力的影响则较大,会对耐压结构的安全使用造成影响。 展开更多
关键词 耐压结构 超差矫正 矫正力 共模策略 承载能力
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金属夹芯复合舱段结构模型极限承载能力试验研究
5
作者 李政杰 韩正君 +2 位作者 李明轩 胡嘉骏 冯国庆 《船舶力学》 北大核心 2025年第10期1596-1607,共12页
针对金属夹芯结构在主船体舱段结构中的实际应用,设计加工了一个I型金属夹芯复合舱段模型,通过四点弯曲极限承载能力模型试验获取了I型金属夹芯复合舱段的典型失效模式和极限承载弯矩,试验结果与非线性有限元计算结果吻合较好。试验结... 针对金属夹芯结构在主船体舱段结构中的实际应用,设计加工了一个I型金属夹芯复合舱段模型,通过四点弯曲极限承载能力模型试验获取了I型金属夹芯复合舱段的典型失效模式和极限承载弯矩,试验结果与非线性有限元计算结果吻合较好。试验结果表明:I型金属夹芯结构失效以整体屈曲为主,板格局部屈曲为辅。同时,I型金属夹芯结构具有较高的承载能力,可替代传统加筋板甲板和舷侧结构在舱段结构中应用。此外,金属夹芯复合舱段模型的制造成型,也演示验证了金属夹芯结构在船体结构中应用的可行性。 展开更多
关键词 金属夹芯 舱段结构 极限承载能力 模型试验 四点弯曲
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基于蒙特卡罗法的极地船舶冰载荷概率特性研究
6
作者 董海波 冯士超 +1 位作者 刘俊杰 夏劲松 《船舶力学》 北大核心 2025年第8期1250-1260,共11页
考虑极地船舶与海冰作用过程中的不确定性因素,开展冰载荷的概率特性研究。通过将冰载荷估算公式和统计特性分析方法相结合,给出一种基于蒙特卡罗法的极地船舶冰载荷概率特性研究方法。针对典型海域和航线,分别考虑船舯、船艏与海冰作... 考虑极地船舶与海冰作用过程中的不确定性因素,开展冰载荷的概率特性研究。通过将冰载荷估算公式和统计特性分析方法相结合,给出一种基于蒙特卡罗法的极地船舶冰载荷概率特性研究方法。针对典型海域和航线,分别考虑船舯、船艏与海冰作用的场景,在研究相关变量概率分布类型和统计参数基础上,采用本文方法计算不同位置的冰载荷,获得对应的概率密度函数。研究表明,舯部的冰作用力可使用正态分布来描述其概率特性;艏部的水平冰作用力和垂直冰作用力均可使用威布尔分布来描述其概率特性;海冰压溃破坏时,船舶受到的水平冰作用力远大于其弯曲破坏时对应的冰作用力。研究结果可为船舶结构安全性评估提供更为精确的输入载荷。 展开更多
关键词 冰载荷概率特性 蒙特卡罗法 概率密度函数 概率图纸 极大似然估计
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水下耐压结构非接触式应变场测试技术研究
7
作者 谢晓忠 田精明 +2 位作者 高原 谢锋 黄如旭 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第10期22-28,共7页
本文对数字图像相关(DIC)技术在水下耐压结构应变测量领域应用的可行性进行探索,首先开展开口试样单向拉伸应变测试试验研究,通过将DIC应变场测量结果与数值仿真结果、电阻式应变测试系统采集数据进行对比,验证DIC应变场测试技术在小尺... 本文对数字图像相关(DIC)技术在水下耐压结构应变测量领域应用的可行性进行探索,首先开展开口试样单向拉伸应变测试试验研究,通过将DIC应变场测量结果与数值仿真结果、电阻式应变测试系统采集数据进行对比,验证DIC应变场测试技术在小尺度试样应变测试上的有效性;其次以某大型钛合金典型水下耐压结构为研究对象,在开展其静水内压试验时,分别以DIC和静态数字应变采集系统测量其结构局部应变;最后通过数据对比分析,得出将DIC应用于大型水下耐压结构局部应变测试具有可行性结论。本文详述了试验操作过程,可为同类试验提供技术指导。 展开更多
关键词 DIC 应变测试 耐压结构 静压试验
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斜浪规则波中船舶运动与载荷的CFD-FEM模拟分析
8
作者 焦甲龙 陈振威 +2 位作者 徐文华 蒋彩霞 陈帅 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第4期88-98,共11页
[目的]旨在建立基于CFD-FEM双向流固耦合的船舶水弹性方法,预报船舶在斜浪规则波中的运动与波浪载荷,并充分考虑不对称载荷与结构响应及非线性载荷因素的影响。[方法]首先,基于CFD软件建立斜浪规则波计算域,在流场域中求解三维N-S方程,... [目的]旨在建立基于CFD-FEM双向流固耦合的船舶水弹性方法,预报船舶在斜浪规则波中的运动与波浪载荷,并充分考虑不对称载荷与结构响应及非线性载荷因素的影响。[方法]首先,基于CFD软件建立斜浪规则波计算域,在流场域中求解三维N-S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立船体梁与船体外表面耦合的有限元模型,通过在船体梁上均匀施加集中质量和横摇惯性矩,实现船模总质量和横摇转动惯量与实船的相似;最后,通过船体外表面实时进行信息传递,以在2个求解器之间进行双向迭代耦合,进而针对非对称波浪载荷及船体结构响应开展模拟预报。[结果]与试验结果的比较表明,该数值方法能够较为准确地预报纵摇、垂向弯矩和扭矩的趋势与幅值;在高海况下,波频的水平弯矩和扭矩会随波高线性增加,而在高频信号下则表现出明显的非线性增大。[结论]采用所建立的CFD-FEM方法能够准确预报船舶在不对称波浪下的运动与载荷响应,可为复杂海况下船舶的水动力与结构载荷性能预报评估提供一种新的途径,且在恶劣海况下,船体水弹性效应对垂向弯矩、水平弯矩和扭矩均具有显著影响。 展开更多
关键词 船舶 水弹性 波浪载荷 斜浪 流固耦合 扭矩 弯扭耦合
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基于层次模型的极地船舶-冰山碰撞风险评估
9
作者 董海波 卞鑫 +3 位作者 柴威 刘俊杰 李政杰 赵南 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第S02期90-99,共10页
[目的]为确保极地船舶航行安全,开展典型海域船舶-冰山碰撞风险评估。[方法]针对船舶在巴伦支海航行的情景,在识别风险影响要素的基础上,构建船舶-冰山碰撞层次模型;提出一种改进的要素权重系数确定方法,通过与要素模糊评价相结合,发展... [目的]为确保极地船舶航行安全,开展典型海域船舶-冰山碰撞风险评估。[方法]针对船舶在巴伦支海航行的情景,在识别风险影响要素的基础上,构建船舶-冰山碰撞层次模型;提出一种改进的要素权重系数确定方法,通过与要素模糊评价相结合,发展形成一套完整的碰撞风险研究方法;结合专家意见,采用所提方法对碰撞风险进行计算和评估。[结果]结果显示,极地船舶在巴伦支海航行过程中碰撞冰山的风险等级为中等偏高,冰山冰况、人为失误和船舶自身是造成碰撞风险最主要的3个要素。[结论]极地船舶在巴伦支海航行时,应对冰山潜在的危险给予足够的重视,并采取必要的控制措施防止碰撞发生。 展开更多
关键词 风险评估 层次分析法 碰撞 专家意见 模糊数
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大型舰船圆筒型水下防护结构性能分析 被引量:2
10
作者 张博文 聂晨曦 +2 位作者 姬祥 明付仁 张阿漫 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期193-204,共12页
[目的]针对传统“空舱-液舱-空舱”三舱型防护结构重量大、防护效率较低的问题,探讨圆筒型水下防护结构的防护性能。[方法]建立基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法的数值模型,通过典型的结构接触爆炸算例,验证ALE算法的精度;然后在此基础... [目的]针对传统“空舱-液舱-空舱”三舱型防护结构重量大、防护效率较低的问题,探讨圆筒型水下防护结构的防护性能。[方法]建立基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法的数值模型,通过典型的结构接触爆炸算例,验证ALE算法的精度;然后在此基础上分别建立传统的三舱型防护结构和圆筒型防护结构模型,通过数值模拟分析相同药量水下接触爆炸后的应力、应变最大值以及能量吸收等特征参数,从而得到各自的防护性能。[结果]结果显示,圆筒型防护结构防御纵壁的位移小于防水纵壁的位移,这与传统三舱型防护结构的规律相反;甲板、双层底结构吸收的能量相比传统防护结构少了9.92%,具有明显的垂向抗变形优势。[结论]研究表明,圆筒型防护结构在药量相同的情况下其毁伤程度更低,可为水下防护结构的创新设计提供新的思路。 展开更多
关键词 圆筒型防护结构 接触爆炸 任意拉格朗日-欧拉算法 毁伤破坏 吸能规律
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水下爆炸作用下结构弹塑性动响应数值计算方法
11
作者 戎宇飞 初东阳 +2 位作者 周章涛 刘国振 王海坤 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期696-703,I0003,共9页
针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二... 针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二阶DAA方程;结构部分基于考虑弹塑性效应的任意参考构型理论建立了有限元运动方程,采用前增量位移时间积分法进行显式求解,避免流固耦合数据交互过程中的迭代修正以简化求解流程。对水下爆炸结构动响应问题进行数值模拟,并与理论及试验结果进行对比。结果表明,在水下爆炸产生的强冲击载荷作用下结构会发生永久塑性变形,本研究方法计算得到的位移、速度、应力等结构响应量与相关参考结果相吻合。表明发展的水下爆炸流固耦合求解方法可准确模拟强冲击载荷作用下的结构弹塑性动响应,拓展了DAA2方法的应用范围。 展开更多
关键词 爆炸力学 水下爆炸 二阶双重渐近法 弹塑性 动响应 DAA2
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气泡动力学研究进展 被引量:2
12
作者 张阿漫 李世民 +1 位作者 李帅 刘云龙 《力学学报》 北大核心 2025年第1期1-16,共16页
只要有流体的地方,就可能会产生气泡,气泡是气体在液体中一种常见的呈现形式,在自然界和工程界中广泛存在,在船舶与海洋、先进制造、环境与化工、生命科学和医学等许多领域均有重要应用价值,同时,在水中结构抗爆和空蚀等很多领域气泡也... 只要有流体的地方,就可能会产生气泡,气泡是气体在液体中一种常见的呈现形式,在自然界和工程界中广泛存在,在船舶与海洋、先进制造、环境与化工、生命科学和医学等许多领域均有重要应用价值,同时,在水中结构抗爆和空蚀等很多领域气泡也是导致危害产生的根源,因此,气泡动力学是诸多领域共同关心的基础科学问题.然而,由于气泡动力学行为的复杂性,涉及边界、多气泡、流场环境、流体可压缩性、黏性和表面张力等多物理因素和环境条件的显著影响,迄今为止,仍存在复杂条件下气泡动力学理论、气泡群相互作用、气液固耦合效应和气泡损伤及防护机制等难题亟待解决.为此,从气泡动力学的基本物理现象入手,深入剖析了该领域所面临的挑战,给出了存在的力学难题,综述了气泡动力学理论、数值和实验技术的研究进展与最新动态,通过对现有研究成果的系统梳理和详细分析,最后总结了气泡动力学领域未来发展趋势,并提出了潜在的研究方向和课题,旨在为气泡动力学相关研究提供基础和依据. 展开更多
关键词 气泡动力学 理论研究 数值模拟 实验技术
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冰体准静态压溃破坏模式下的载荷特性研究
13
作者 夏劲松 刘俊杰 +2 位作者 赵南 蒋彩霞 俞同强 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第14期41-46,共6页
本文基于极地船舶挤压破冰的物理场景,开展冰体准静态压溃破坏模式下的载荷特性研究。完成冰试件的单轴压缩试验和弯曲试验,获取试验室制冰工艺所得冰体的压缩强度和弯曲强度;分析冰体模型准静态压溃失效过程中的载荷-位移曲线、冰体模... 本文基于极地船舶挤压破冰的物理场景,开展冰体准静态压溃破坏模式下的载荷特性研究。完成冰试件的单轴压缩试验和弯曲试验,获取试验室制冰工艺所得冰体的压缩强度和弯曲强度;分析冰体模型准静态压溃失效过程中的载荷-位移曲线、冰体模型和加筋板接触面的压力分布及冰体模型的失效模式。本研究可为极地船舶在冰区航行时挤压破冰场景下冰荷载预报提供参考。 展开更多
关键词 压溃破坏 载荷特性 压缩强度 弯曲强度 制冰工艺
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大厚度环肋圆柱壳疲劳裂纹扩展特性试验研究
14
作者 谢晓忠 黄如旭 +3 位作者 高原 张平平 胡嘉骏 周振朋 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第11期42-47,共6页
本文针对交变水压作用下典型环肋圆柱壳结构的疲劳裂纹扩展问题进行研究。首先,设计加工大厚度缩比试验模型,基于模型实测数据的静强度数值仿真结果,制定局部取样、预制裂纹方案;其次,通过开展压力筒静水外压强度试验及内外压差疲劳试验... 本文针对交变水压作用下典型环肋圆柱壳结构的疲劳裂纹扩展问题进行研究。首先,设计加工大厚度缩比试验模型,基于模型实测数据的静强度数值仿真结果,制定局部取样、预制裂纹方案;其次,通过开展压力筒静水外压强度试验及内外压差疲劳试验,获得结构应变及预制表面裂纹的扩展情况;最后,根据模型试验数据和经典公式,对肋骨角焊缝壳板预制纵向表面裂纹扩展情况进行预报。研究表明,水下耐压环肋圆柱壳结构虽然受力状态为压应力,在交变水压作用下同样存在疲劳问题。 展开更多
关键词 环肋圆柱壳 疲劳 裂纹扩展 试验
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全海深水下爆炸载荷特性与规律研究
15
作者 邢津浩 张阿漫 +2 位作者 李世民 王诗平 刘云龙 《力学学报》 北大核心 2025年第8期1873-1885,共13页
传统理论模型在计算深水爆炸工况时,可能因超出其适用范围而出现偏差,无法满足精度需求.为了准确研究全海深水下爆炸载荷特性与规律,文章采用将投影坐标系中计算冲击波载荷方法和统一形式的气泡动力学方程相结合的水下爆炸冲击波与气泡... 传统理论模型在计算深水爆炸工况时,可能因超出其适用范围而出现偏差,无法满足精度需求.为了准确研究全海深水下爆炸载荷特性与规律,文章采用将投影坐标系中计算冲击波载荷方法和统一形式的气泡动力学方程相结合的水下爆炸冲击波与气泡载荷计算理论模型.通过与百米级和千米级水深水下爆炸实验和数值结果进行对比,验证了该模型计算结果的准确性.同时,本文针对水下爆炸冲击波与气泡载荷及其能量分配随水深变化规律进行探究,发现随着水深H的增大,冲击波峰值p_(sm)稍有增加、冲击波衰减时间T_(att)逐渐减小,脉动引起的负压作用更明显,传播至测点处的冲击波能量和气泡能量各自占炸药总能量之比均减小,装药当量W对传播至测点处冲击波能量占比有影响而对气泡能量占比影响较小,气泡第一次坍塌再膨胀过程中的声辐射损失减少,给出拟合公式描述p_(sm),T_(att)和气泡脉动周期T和最大半径R_(m)与W及H之间的关系.所用水下爆炸冲击波与气泡载荷计算模型可应用于全海深水下爆炸载荷计算,所得载荷的变化趋势及其拟合公式旨在为深水爆炸与结构抗爆设计提供参考. 展开更多
关键词 全海深 水下爆炸 冲击波 气泡载荷
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考虑筋/板焊趾影响的加筋板极限强度分析
16
作者 李政杰 崔虎威 +2 位作者 汪高飞 孔伟振 冯国庆 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第18期18-25,共8页
为了准确预报真实加筋板结构的极限强度,从而为船体加筋板结构极限强度评估提供支撑,本文利用非线性有限元法,采用实体-壳板组合模型对筋/板焊趾进行模拟,初步对比分析了焊趾对加筋板结构极限承载能力的影响,并以扁钢加筋板模型为对象... 为了准确预报真实加筋板结构的极限强度,从而为船体加筋板结构极限强度评估提供支撑,本文利用非线性有限元法,采用实体-壳板组合模型对筋/板焊趾进行模拟,初步对比分析了焊趾对加筋板结构极限承载能力的影响,并以扁钢加筋板模型为对象开展了焊接过程模拟,分析了焊接缺陷对加筋板结构极限强度的影响,可为考虑工艺影响的加筋板结构极限强度预报提供手段。计算结果表明,焊趾主要影响局部位置的应力分布,对整体极限状态下的应力分布影响较小;由于焊趾的尺寸较小,难以改变加筋板的整体失效模式,对加筋板的极限承载特性影响有限;焊趾对加筋板的平均应力-平均应变曲线变化不大,对后屈曲状态稍有影响;焊接缺陷使得扁钢加筋板模型极限强度下降7.64%。 展开更多
关键词 焊趾 加筋板 极限强度 非线性有限元法 焊接初始缺陷
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HTS-A钢低温环境下疲劳裂纹扩展性能试验研究
17
作者 夏齐强 王艺陶 成浩 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第16期33-37,共5页
针对400 MPa级HTS-A船用钢材料,开展拉伸力学性能试验、冲击韧性试验以及十字接头典型焊接节点在低温环境下的疲劳性能试验,得到-60℃低温环境下HTS-A钢十字接头的S-N曲线,综合比较低温与常温环境下HTS-A钢十字接头的疲劳性能,明确低温... 针对400 MPa级HTS-A船用钢材料,开展拉伸力学性能试验、冲击韧性试验以及十字接头典型焊接节点在低温环境下的疲劳性能试验,得到-60℃低温环境下HTS-A钢十字接头的S-N曲线,综合比较低温与常温环境下HTS-A钢十字接头的疲劳性能,明确低温对疲劳性能的影响规律。结果表明,低温和常温环境下HTS-A钢材母材试样和十字接头试样疲劳寿命均高于规范C曲线和D曲线寿命,规范S-N曲线仍然适用于低温(-60℃)环境下的结构疲劳强度评估,但结果偏于保守,低温十字接头试样疲劳寿命分别为常温和D曲线的1.21倍和1.35倍。 展开更多
关键词 低温疲劳 裂纹扩展 S-N曲线 疲劳性能
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