15.补充说明由船舶结构委员会赞助。由其成员机构 16 共同资助。摘要 最近的大型铝高速船已经利用定制挤压件有效地建造大型扁平结构,包括内部甲板、湿甲板和侧壳部件。在本报告中,研究了设计和优化此类挤压件以尽量减少结构重量的一般方法。回顾了铝板和面板在平面内和平面外载荷下的强度方法,并将其与公开文献中发表的可用实验测试数据进行了比较。对于铝板和面板的平面内抗压强度,通常发现良好的一致性。然而,目前用于评估板材部件上的平面外载荷以及在组合载荷下作用的板材和面板的最先进的方法并不那么先进。建议在这些领域开展进一步研究。开发了一种使用遗传算法的多目标优化器;该优化器旨在快速生成帕累托边界,将各种强度水平的最小重量设计联系起来。开发了一种工程方法,用于估计平面内和平面外载荷组合下的任意挤压件的强度,并将其链接到优化器以创建完整的设计方法。该方法用于为三种不同类型的挤压面板(板和加强筋组合、夹层面板和帽形加强面板)开发主车辆甲板和公称高速船上强度甲板位置的面板的帕累托边界。最后,提出了结论和未来研究的建议。总体而言,这三种类型的面板在各种强度范围内都表现良好,但在某些应用中,夹层面板比其他两种面板略重。这种工程强度估计方法和多目标遗传算法优化方法的结合已被证明对于此类挤压件的设计非常实用,在标准台式电脑上,完整帕累托前沿的生成时间仅为几分钟。17.关键词 铝、挤压件、屈曲、极限强度、优化、遗传算法。
本文介绍了部分为船舶结构委员会项目 # 1442 - 船体结构设计的塑性极限状态调查而进行的实验研究。该研究计划包括一系列规模越来越大的实验,以研究船舶框架和格架在横向载荷作用下的塑性行为。初始测试以单个框架进行,固定在两端,并在中心或两端附近施加小块载荷,以便研究两种形式的塑性破坏,即弯曲和剪切。在测试了八个单个框架后,实验继续测试两个小格架(3 个框架连接到一个板面板),然后测试两个大格架(9 个框架加上两个纵梁,连接到 3 个板面板,位于 6.8mx 2.46m 的面板中)。描述了实验程序、数据传感器和全部结果。对框架进行了广泛的 ANSYS 有限元分析,并进行了一些比较。研究发现各种屈曲机制(剪切屈曲、腹板压缩屈曲和断裂)与整体塑性坍塌之间存在许多有趣的关系。本文讨论了对设计(尤其是基于目标的设计)的影响。
本文介绍了部分为船舶结构委员会项目 # 1442 - 船体结构设计的塑性极限状态调查而进行的实验研究。该研究计划包括一系列越来越大的实验,以研究船舶框架和格架在横向载荷下的塑性行为。初始测试以单个框架进行,固定在端部并在中心或端部附近施加小块载荷,以便可以研究两种形式的塑性破坏,即弯曲和剪切。在测试了八个单框架后,实验继续测试两个小格架(3 个框架连接到一个板面板),然后测试两个大格架(9 个框架加上两个纵梁,连接到 3 个板面板,在 6.8m x 2.46m 的面板中)。描述了实验程序、数据传感器和全部结果。已对框架进行了广泛的 ANSYS 有限元分析,并进行了一些比较。研究发现各种屈曲机制(剪切屈曲、腹板压缩屈曲和弯曲)与整体塑性破坏之间存在许多有趣的关系。讨论了对设计(尤其是基于目标的设计)的影响。
图 8 和图 9 分别显示了凸耳连接支架孔处的应力值和位移轮廓。在连接孔截面的中点处观察到最大应力 968N/mm 2。钢合金、热处理 AISI-4340 的极限强度为 1835 N/mm 2。此处最大应力小于结构的极限强度;因此我们可以说结构对于施加的载荷是安全的。
新术语的引入和定义 . . . . 等于试样宽度的标距长度上的伸长在平台上的分布 . . 试样上的 d' 载荷与等于试样宽度的标距长度上的伸长率的比较 . . . . . . 试样的一般屈服 . . . . . . . . . . . . . 极限载荷和极限强度 . . . . . . . . . . . . 能量吸收 . . . . . . . . . . . . . . . . . 极限荷载能量吸收与极限强度和极限荷载伸长率的比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 钢筋百分比 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 开孔板的效率 . . . . . . . . . . . . 室温及低温下开孔周围区域的单位应变集中 . . . . . . 应变时效效应及偶然原因
1.图 2-1:板-加强筋和 HAZ 的材料曲线 (Rigo et al.2003) ..........................8 2.图 3-1:6061 和 5083 材料中的应力-应变曲线比较.............................................13 3.图 6-1:AL5083 和 AL 6082 的应力-应变关系.............................................49 4.图 6-2:板和加强筋的热影响区 (HAZ) (Paik 2005) .............................50 5.图 6-3:加强板的有限元模型.........................................................................51 6.图 6-4:带HAZ ................................................................................51 7.图 6-5:带 HAZ 的挤压板有限元模型 ..............................................................52 8.图 6-6:应用于有限元模型的边界条件 ................................................................52 9.图 7-1:极限强度比较(FEA 结果) .............................................................................55 10.图 7-2:极限强度比较:综合性能与降低的母材性能 .............................................................................................................61 11.图 7-3:模型 11 的极限强度比较:综合性能与增加的 HAZ 性能(25% 更高的屈服强度) .............................................................................................61 12.图 7-4:强度降低与失效应力除以 HAZ 屈服强度..................62 13.图 7-5:平均失效应力下强度降低与 HAZ/基准切线模量比率.........................................................................................................................62 14.图 7-6:拉伸载荷工况屈服点比较.........................................................................................64 15.图 7-7:屈服点侧压力图.........................................................................................................68 16.图 7-8:侧压力相对于屈服点的百分比差异。组合情况 ...........................68 17.图 7-9:假设的软化区 (Paik 2005) ......................................................................................69 18.图 7-10:带软化区的板-加强筋组合横截面 (Paik 2005) .............................................................................................................................................69 19.图7-11:极限强度比较......................................................................................73
目录 第 1 章 - 一般原则 第 1 节 - 应用 第 2 节 - 符合性验证 第 3 节 - 功能要求 第 4 节 - 符号和定义 第 2 章 - 总体布置设计 第 1 节 - 分舱布置 第 2 节 - 舱室布置 第 3 节 - 通道布置 第 3 章 - 结构设计原则 第 1 节 - 材料 第 2 节 - 净尺寸方法 第 3 节 - 腐蚀附加 第 4 节 - 极限状态 第 5 节 - 腐蚀防护 第 6 节 - 结构布置原则 第 4 章 - 设计载荷 第 1 节 - 总则 第 2 节 - 船舶运动和加速度 第 3 节 - 船体梁载荷 第 4 节 - 载荷工况 第 5 节 - 外部压力 第 6 节 - 内部压力和力 第 7 节 - 载荷条件 第 8 节 - 载荷手册和载荷仪器 附录 1 - 货舱质量曲线 附录 2 - 直接强度分析的标准载荷条件 附录 3 - 疲劳强度评估的标准载荷条件 第 5 章 - 船体梁强度 第 1 节 -屈服校核 第 2 节 - 极限强度校核 附录 1 - 船体梁极限强度
船舶结构中平面内受载加强筋的破坏将导致相邻板材同时屈曲。DMEM10(加拿大军队水面战舰结构设计)和NES 110(英国国防部海军工程标准)评估加筋板的极限强度,即通过在极限板材抗压强度曲线和柱强度曲线之间进行迭代获得极限承载能力。目前,极限板材抗压强度是根据Faulkner有效宽度方程得出的,而加强筋和板材的组合强度则通过Bleich抛物线来评估。抛物线的原始推导仅考虑了材料的非弹性,而没有考虑缺陷。Smith等人根据有限元结果推导出小缺陷、平均缺陷和大缺陷的柱强度曲线集。这些结果以数据表格式呈现在SSCP23(英国国防部水面舰艇结构设计)中。将传统程序的极限强度与 SSCP23 中的设计曲线进行比较,发现存在很大差异。采用有限元分析(包括缺陷和残余应力的影响)来研究这些差异。为了在设计程序中提供替代方案,还研究了土木结构和海上建筑标准中的一些相关规定。
12. 赞助机构名称和地址 船舶结构委员会 美国海岸警卫队 (G-MSE/SSC) 2100 Second Street, SW Washington, DC 20593 14. 赞助机构代码 GM 15. 补充说明 由船舶结构委员会赞助。由其成员机构共同资助。 16. 摘要 本研究的目的是开发通过摩擦搅拌焊接制造的 5000 系列和 6000 系列铝加筋板结构的机械屈曲破坏试验数据库,并将这些结构与通过熔化焊接制造的类似铝板在焊接引起的初始缺陷和极限抗压强度性能方面进行比较。讨论了与熔化焊接和摩擦搅拌焊接程序相关的趋势或优势。以下是这些讨论的摘要。 • 发现摩擦搅拌对接焊接铝合金的屈服强度和极限拉伸强度相当于甚至优于熔化焊接铝合金。 • 搅拌摩擦焊接引起的初始缺陷往往比熔化焊接引起的缺陷小。因此,搅拌摩擦焊接工艺在这方面的优势显而易见。• 搅拌摩擦焊接铝结构的极限强度性能比熔化焊接铝结构高 10-20%。这意味着,只要能防止分层,搅拌摩擦焊接工艺在极限抗压强度性能方面肯定优于熔化焊接工艺。• 然而,所有搅拌摩擦焊接测试结构在达到极限强度之后甚至之前都在焊接区域出现了分层。这表明,熔化焊接工艺在焊接区域的抗压强度性能方面优于搅拌摩擦焊接工艺。• 再次证实,非线性有限元法计算在很大程度上取决于所应用的结构建模技术。 17. 关键词 铝加筋板结构,极限强度,搅拌摩擦焊,熔化焊,焊接引起的初始缺陷,屈曲破坏试验,非线性有限元法计算
15.补充说明由船舶结构委员会赞助。由其成员机构共同资助。16.摘要 本研究的目的是为通过搅拌摩擦焊制造的 5000 系列和 6000 系列铝加筋板结构开发机械屈曲破坏试验数据库,并在焊接引起的初始缺陷和极限抗压强度性能方面将这些结构与通过熔焊制造的类似铝板进行比较。讨论了与熔焊和搅拌摩擦焊程序相关的趋势或好处。以下是这些讨论的摘要。• 发现搅拌摩擦对接焊接铝合金的屈服强度和极限拉伸强度与熔焊铝合金相当甚至更好。• 搅拌摩擦焊接引起的初始缺陷往往比熔焊引起的缺陷小。因此,搅拌摩擦焊接工艺在这方面的优势显而易见。• 搅拌摩擦焊接铝结构的极限强度性能比熔焊铝结构高 10-20%。这意味着,只要防止分层,搅拌摩擦焊接工艺在极限抗压强度性能方面肯定优于熔焊工艺。• 然而,所有搅拌摩擦焊接测试结构在达到极限强度之后甚至之前都在焊接区域出现分层。这表明,熔焊工艺在焊接区域的抗压强度性能方面优于搅拌摩擦焊接工艺。• 再次确认非线性有限元方法计算很大程度上取决于所应用的结构建模技术。