NUMERICAL ANALYSIS OF THE STRESS CONCENTRATION IN REVERSE K-JOINTS

逆K 型管节点广泛应用于海洋平台,其强度是平台结构安全评估的重要课题. 基于ANSYS 软件,应用分区域网格划分法,建立含焊缝的逆K 型管节点有限元模型,分别计算了在轴向载荷、平面内弯矩和平面外弯矩作用下焊缝周围热点应力的分布情况. 通过对105 组逆K 型管节点模型进行分析,获得了其在3 种基本载荷作用下沿焊缝的应力集中系数（stress concentration fctor,SCF）,并对主管和支管的SCF 分别进行研究,得出了几何参数对主管和支管的SCF 及极值位置的影响规律.     

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

利用非线性有限元方法分析了轴向力作用下多平面TT节点的极限强度。在数值分析中,采用三维20结点固体单元模拟管道结构和焊缝形状,将结构有限元网格划分为不同区域,每个区域的网格独立产生,通过合并形成整个结构的有限元网格。通过控制位移增量法得到了加载过程中载荷和位移之间的关系曲线。使用ABAQUS软件分析了TT节点在支管端部承受轴向载荷的变形及与外部载荷之间的关系,得到了不同参数影响下的TT节点极限强度。     

运用有限元方法确定T型管节点的极限载荷

本文应用ADINA程序对支管轴向受拉和轴向受压的T型管节点模型实例进行了非线性有限元计算.在轴向受压的工况计算中,除考虑材料的物理非线性外,还考虑了几何非线性问题.根据对计算结果的分析,确定了两种工况的极限载荷,以及支管和主管在不同载荷步下的塑性变形区的扩展情况.     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析Ⅱ:数值分析

对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定.本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度.这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型.同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性.     

海洋平台X型管节点应力集中系数计算

本文以海洋平台中X型管节点为例,以ABAQUS为分析工具,计算了管节点在主要加载方式下的应力分布,尤其关注几何学上的最危险地带——撑管和弦管交汇处的应力集中系数.根据有限元计算结果绘出应力集中系数曲线,并与其它学者所得到的结果进行了对比.结果表明,从一定的精度意义和应力分布趋势来看,本文所得结果具有可靠性.从X型接头可以推广至其他型式,为分析各种环境条件分别对平台管架结构应力集中的影响、推导各种载荷作用下的海洋平台导管架应力、弯矩参数方程奠定了基础.     

矩形钢管加劲肋加强K形箱型相贯节点极限承载力数值分析

利用有限元软件对加劲肋加强的K形箱型节点在一侧支管轴向受拉一侧支管轴向受压作用下的极限承载力进行了研究,在现行钢结构设计规范中关于直接焊接相贯节点极限承载力公式的基础上引入加劲肋对节点极限承载力加强部分NS,建立了加劲肋加强K形箱型节点极限承载力设计公式。分析结果表明:随着τ的增加,K形箱型节点极限承载力提高部分NS显著增加;η的增加能显著提高K形箱型节点的极限承载力提高部分NS;β对K形箱型节点极限承载力提高部分NS的影响较小。     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析 II:数值分析

对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定。本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度。这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型。同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性。     

碳纤维复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷的TT型管节点静力性能研究

对碳纤维复合材料(CFRP)加固含腐蚀TT型管节点进行支管轴向压力静力试验测试。为了研究加固后的效果,又对相同尺寸的未加固TT型管节点进行了试验测试。结果表明:采用CFRP对含腐蚀TT型管节点进行加固可以减小管节点相贯区域处的失效范围,缓解该处的应力集中现象,使主管表面的塑性变形和椭圆化程度得到改善;CFRP加固后管节点的极限承载力提升了22.7%,说明CFRP可有效地提高管节点的极限承载力。基于ABAQUS有限元分析软件,分别对加固前后的TT型管节点进行了仿真模拟,验证了模型(TT-1和TT-1-C)的正确性。参照海洋平台结构中所使用的TT型管节点尺寸参数范围,选取了60个不同尺寸参数的TT型管节点。利用有限元分析法,建立了不同层数的CFRP加固不同尺寸参数(支管与主管的管径比β、主管的径厚比γ)管节点的有限元分析模型。研究结果表明:采用国产碳纤维对海洋平台结构中不同尺寸参数的TT型管节点进行加固,其加固效果十分明显;当TT型管节点尺寸参数一定的情况下,随着CFRP粘贴层数n的增加,管节点的极限承载力随之提升;当CFRP粘贴层数n≥3时,84%的TT型管节点极限承载力的提高率均能达到20%以上;在保持主管外径一定的情况下,当β=0.2～0.61时加固前后管节点的极限承载力与β呈正相关,当γ=12～21时加固前后管节点的极限承载力与γ呈负相关。     

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根据抗拉刚度等效及抗弯刚度等效将换热器管束简化为当量圆筒以考察其对 斜锥壳应力状况的影响，同时根据轴向载荷等效及泊松效应等效，对作用在管板布管限定圆 内的压力载荷及作用在管束外表面的压力载荷进行了当量转换，建立了考虑管板及管束影响 的斜锥壳应力分析简化模型. 有限元计算结果表明，大端转角过渡区存在较大的弯曲应力. 对一系列结构尺寸的斜锥壳进行了计算，整理了斜锥壳大端转角过渡区基于分析设计的应力 强度水平系数.     

薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究

针对在轴向载荷作用下的正置、正交网格形式的薄壁加筋肋圆柱壳结构，利用有限元程序，对薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析进行了参数化研究，得到了进行结构优化设计的准则，对于给定的设计载荷，当结构参数位于某一个局部失稳与整体失稳的临界区域时，结构的重量最轻。提出了基于有限元分析进行结构优化设计的策略，利用优化策略，获得了一薄壁加筋肋圆柱壳结构的优化设计结果，同时给出了粘合刚度简化模型与有限元计算结果的比较。     

任意多孔多裂纹有限大板的应力强度因子分析

采用各向异性体平面弹性理论中的复势方法,以Faber级数为工具,应用保角映射技术和最小二乘边界配点法,导出内边界条件精确满足,外边界条件近似满足的含多椭圆孔及裂纹群有限大板在任意载荷作用下的应力场、位移场的级数解,建立了任意多椭圆孔及裂纹群有限大板应力强度因子的有效分析方法,讨论了各参数对裂尖应力强度因子及孔边应力集中的影响．数值结果表明,该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等优点,有利于全面系统地研究各参数对结构断裂性能的影响．     

Stress concentration factor due to a functionally graded ring around a hole in an isotropic plate

The aim of this work is to present an analytical solution to reduce the stress concentration factor (SCF) around a circular hole in an isotropic homogeneous plate subjected to far-field uniaxial loading. In this paper the elastic response of an inhomogeneous annular ring made of functionally graded material (FGM), inserted around a hole of a homogeneous plate, is studied. By assuming that Young’s modulus varies in the radial direction with power law and that Poisson’s ratio is constant, the governing differential equations for plane stress conditions are obtained. Using stress function a general solution in explicit closed form is presented and the SCF investigated to highlight the inhomogeneity effects. Furthermore, the explicit solution for an inner homogeneous ring, with different properties with respect to those of the plate, is explicitly obtained and numerical results are compared between homogeneous ring and FGM ring.     

五腿混凝土平台的三维光弹性应力分析

本文叙述了三维光弹性在五腿混凝土平台中的应用。为了简化和完成这个试验,采用了模拟四分之一的平台结构的光弹性模型,它承受着与原型相应的各种荷载,并且仔细地处理了它的边界约束条件。实验分析采用冻结法,最后确定了一些重要截面内外边界上的轴向和环向应力,并且得到了腿柱和罐体连接部位的应力集中。     

A pseudo two-dimensional photoelastic method of testing axisymmetric geometries

Problems involving three-dimensional bodies which possess axial symmetry reduce to two-dimensional analytical problems. If a wedge-shaped portion of an axisymmetric body is tested subjected to the proper boundary condition, then a pseudo two-dimensional photoelastic method of testing may be used. This results in tremendous simplification in testing procedures, particularly when slight changes in model geometry are to be made during the course of testing. This method has been applied to axisymmetric solidpropellant rocket grains to conduct a parametric study of various conicyl geometries. Both pressure and thermal loads were considered for a case-bonded grain. Six parameters were required to define the geometry. The effects of these parameters and of the material properties of the grain were investigated, and parametric curves showing the variation of the maximum stress with those parameters are presented. The experimental results are compared with results obtained from a finite-element computer solution. Good agreement is obtained.     

Hoek–Brown criterion applied to circular tunnel using elastoplasticity and in situ axial stress

Based on the nonlinear Hoek–Brown failure criterion, elastoplastic analytical solutions are developed for the elastoplastic stresses, strains and plastic zones around a circular tunnel subjected to different value of the axial in situ stress. Effects of the transverse in situ stress, the axial in situ stress and the strength parameters of rock masses on the elastoplastic stresses, strains and plastic zones in the surrounding rock masses are investigated. It is found from the numerical results that the stresses, strains, and plastic zones in the surrounding rock depend not only on the transverse in situ stress but also on the axial in situ stress as well as the mechanical parameters of rock masses.     

波浪作用下网帘的水动力载荷和变形计算

 离岸水产养殖中的网箱养殖逐渐成为全球水产养殖业的主导．海洋环境中网箱的水动力荷载对网箱结构的整体设计提出了更高的要求．本文建立了一种计算波浪荷载下网帘结构水动力和变形的数值计算方法，利用质点杆单元模型模拟网帘结构，通过Morison 公式求解网帘结构在波浪荷载下的受力，得到网帘结构的空间分布，同时运用迭代法对网帘结构结点受力及运动变形时的位移进行数值迭代计算，通过双目测距系统对网帘结构变形测量的结果，获得等效弹性系数，并对数值结果进行了验证．     

短纤维复合材料的压缩强度

细观力学理论得到的复合材料内应力是均值应力,在进行破坏和强度预报前,必须转化到真实值.对于短纤维复合材料,除了轴向压缩真实应力外,基体其它方向真实应力计算已得到解决,等于其均值应力乘以基体应力集中系数.论文基于弹性力学方法得到了短纤维复合材料轴向压缩下基体的应力场,并据此定义基体的轴向压缩应力集中系数.与基体其它方向应...