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三维裂纹扩展数值预报方法研究

中国造船 2019年第1期60卷 11-21页

作者：黄如旭万正权中国船舶科学研究中心深海载人装备国家重点实验室无锡214082

基于线弹性断裂力学理论及有限元法并结合ANSYS中的APDL语言,建立了三维裂纹扩展形貌及寿命的数值预报方法,给出了计算流程。采用20节点奇异单元和1/4节点位移法求解裂纹前缘应力强度因子,给出了裂纹体网格划分方式及网格划分参数的取值... 详细信息

基于线弹性断裂力学理论及有限元法并结合ANSYS中的APDL语言,建立了三维裂纹扩展形貌及寿命的数值预报方法,给出了计算流程。采用20节点奇异单元和1/4节点位移法求解裂纹前缘应力强度因子,给出了裂纹体网格划分方式及网格划分参数的取值0范围。采用最大环向应力准则预测裂纹偏折角度,并将等效应力强度因子作为计算裂纹扩展增量及裂纹扩展寿命的参数。对标准三点弯曲试样裂纹扩展寿命及紧凑拉伸剪切试样的裂纹偏折路径进行预测,并与试验结果进行比较,验证了该数值预报方法的准确性。该项研究为船舶与海洋工程结构疲劳裂纹扩展预测提供了一种有效的方法。

关键词：应力强度因子疲劳裂纹扩展 1/4 节点位移法裂纹偏折

双层环肋圆柱壳受多个物体撞击下的结构动响应

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爆炸与冲击 2016年第2期36卷 210-217页

作者：刘俊杰万正权祁恩荣中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

针对双层环肋圆柱壳受到多个物体的撞击问题,采用***软件对受撞过程中的结构损伤变形、撞击力变化和能量转换进行数值模拟,并与模型试验相对比后发现:双层环肋圆柱壳结构同时受多物体撞击是一个瞬态动响应过程,在巨大瞬时冲击载荷作用下... 详细信息

针对双层环肋圆柱壳受到多个物体的撞击问题,采用***软件对受撞过程中的结构损伤变形、撞击力变化和能量转换进行数值模拟,并与模型试验相对比后发现:双层环肋圆柱壳结构同时受多物体撞击是一个瞬态动响应过程,在巨大瞬时冲击载荷作用下,受撞区壳板会迅速超越弹性变形而产生塑性变形;多物体撞击会造成外壳板一定区域的损伤变形,撞击力会相互干扰,导致其非线性特征更明显。结果表明,双层圆柱壳的外壳能对内壳起到较好的防护作用,在外壳没被撞穿的情况下,其结构变形会吸收绝大部分的撞击动能,可以通过优化外壳的吸能效率来达到双层壳体结构物内壳防撞的目的。

关键词：固体力学结构损伤模型试验双层圆柱壳撞击力能量转换

CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性数值计算研究

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固体力学学报 2018年第6期39卷 614-625页

作者：黄如旭万正权中国船舶科学研究中心无锡214082 深海载人装备国家重点实验室无锡214082

采用CTS试样研究Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性计算裂纹前缘应力强度因子时可采用解析公式,一旦裂纹发生扩展,解析公式便不再适用.文中采用有限元法研究紧凑拉伸剪切(CTS)试样在Ⅰ/Ⅱ平面混合型加载下的裂纹扩展行为.采用ANSYS建立CTS试样Ⅰ/Ⅱ... 详细信息

采用CTS试样研究Ⅰ/Ⅱ混合型断裂特性计算裂纹前缘应力强度因子时可采用解析公式,一旦裂纹发生扩展,解析公式便不再适用.文中采用有限元法研究紧凑拉伸剪切(CTS)试样在Ⅰ/Ⅱ平面混合型加载下的裂纹扩展行为.采用ANSYS建立CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型测试系统有限元模型,为模拟真实受力状态,在CTS试样-销-扇型夹具以及扇型夹具-销-U型夹具之间分别建立接触对进行接触力学分析.通过与解析公式结果进行对比验证了该数值方法的可靠性.采用最大环向应力准则(MTS),模拟了CTS试样不同加载角度下的裂纹扩展路径,获得了裂纹扩展路径中应力强度因子随裂纹长度的变化曲线,解释了裂纹扩展路径不与外载荷方向垂直的原因.结合文中计算结果,在CTS试样Ⅰ/Ⅱ混合型裂纹扩展速率实验测得裂纹长度与寿命的关系曲线a-N的基础上,便可得到材料Ⅰ/Ⅱ型混合型裂纹扩展速率曲线.

关键词：断裂 Ⅰ/Ⅱ混合型紧凑拉伸剪切试样裂纹扩展路径应力强度因子

冰材料模型在船-冰碰撞结构响应数值仿真中的应用研究

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中国造船 2013年第4期54卷 100-108页

作者：张健张淼溶万正权尹群江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003 中国船舶科学研究中心无锡214082

提出适用于船-冰碰撞数值仿真研究的冰体材料模型。基于该模型,用非线性有限元软件对整船-冰碰撞进行数值仿真,研究船舶肩部与冰体在不同碰撞角度下发生碰撞时的动态响应特性,用以揭示不同工况下船舶损伤变形、碰撞力、能量吸收的规律,... 详细信息

提出适用于船-冰碰撞数值仿真研究的冰体材料模型。基于该模型,用非线性有限元软件对整船-冰碰撞进行数值仿真,研究船舶肩部与冰体在不同碰撞角度下发生碰撞时的动态响应特性,用以揭示不同工况下船舶损伤变形、碰撞力、能量吸收的规律,为船舶抗冰载荷设计提供参考。

关键词：船冰碰撞冰体模型结构响应数值仿真

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广义平均形状改变能密度断裂准则及应用

力学季刊 2021年第1期42卷 178-186页

作者：黄如旭万正权中国船舶科学研究中心深海载人装备国家重点实验室江苏无锡214082

基于形状改变能为材料起裂扩展控制参量的物理事实及裂纹尖端断裂控制区能量平均概念,提出了计及裂纹尖端应力场特征级数展开奇异项和常数项的广义平均形状改变能密度(GADSED)准则,建立了Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ混合型裂纹断裂判据计算式,为工程结构... 详细信息

基于形状改变能为材料起裂扩展控制参量的物理事实及裂纹尖端断裂控制区能量平均概念,提出了计及裂纹尖端应力场特征级数展开奇异项和常数项的广义平均形状改变能密度(GADSED)准则,建立了Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ混合型裂纹断裂判据计算式,为工程结构疲劳断裂评估提供了新选择.基于提出的GADSED准则,系统分析了T应力对裂纹断裂判据的影响,结果表明:当参数|Bα|数值相同时:负值T应力的Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹更易起裂扩展,正值T应力的KⅠf值高于负值T应力的KⅠf值,正负T应力的KⅡf值相同;T应力在区间0

关键词： T应力平均形状改变能断裂准则混合型裂纹

钛合金薄板TIG焊的固态相变及残余应力数值仿真计算研究

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中国造船 2022年第5期63卷 53-70页

作者：郦羽阚甜甜万正权唐文勇中国船舶科学研究中心无锡214082 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了揭示焊接工艺对焊接接头组织成分、残余应力分布和变形的影响,以及它们之间的相互关系,基于固态相变理论,采用JMAK方程和K-M方程建立Ti6Al4V钛合金固态相变数学模型,应用Abaqus软件开发考虑固态相变的热-组织-力耦合的有限元计算方... 详细信息

为了揭示焊接工艺对焊接接头组织成分、残余应力分布和变形的影响,以及它们之间的相互关系,基于固态相变理论,采用JMAK方程和K-M方程建立Ti6Al4V钛合金固态相变数学模型,应用Abaqus软件开发考虑固态相变的热-组织-力耦合的有限元计算方法,采用该模型对1.6mm厚的Ti6Al4V钛合金薄板进行TIG焊接的有限元计算。为了验证计算模型的准确性及残余应力的分布规律,对焊接接头进行硬度和残余应力测量。结果表明,焊接接头硬度的分布规律与仿真结果的微观组织成分的分布规律一致,不仅验证了模型的准确性,而且很好地解释了焊接接头组成成分的差异及α相、α′马氏体相和β相的性能差异对宏观力学性能的影响;通过对测量的残余应力和观测的变形与仿真结果比较,发现α相和β相热力学性能的差异以及焊接接头中α相和β相组成比的差异对残余应力分布和变形的影响显著。该研究对于优化钛合金焊接工艺参数,改变焊缝的组织成分,改善焊接接头的力学性能具有工程指导意义。

关键词：钛合金钨极惰性气体保护焊固态相变残余应力数值模拟

潜艇典型结构受多物体撞击数值仿真的试验验证

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中国造船 2015年第2期56卷 64-73页

作者：刘俊杰万正权黄进浩祁恩荣中国船舶科学研究中心无锡214082

以双壳体潜艇的典型结构—双层环肋圆柱壳受多物体撞击为研究对象,开展了模型试验,并与仿真计算结果进行对比,验证了有限元数值仿真方法对求解该类问题的有效性。还从结构损伤变形、撞击力历程和能量转换等方面对多物体撞击壳体过程的... 详细信息

以双壳体潜艇的典型结构—双层环肋圆柱壳受多物体撞击为研究对象,开展了模型试验,并与仿真计算结果进行对比,验证了有限元数值仿真方法对求解该类问题的有效性。还从结构损伤变形、撞击力历程和能量转换等方面对多物体撞击壳体过程的动响应特性进行了分析。研究成果将为潜艇抗撞能力的评估及抗撞结构的设计提供参考。

关键词：潜艇受撞有限元数值仿真双层环肋圆柱壳模型试验

基于自适应Kriging-重要抽样法的载人潜水器载体框架结构可靠性分析

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中国造船 2024年第5期65卷 78-86页

作者：冯士超陈鹏万正权赵勰李艳青中国船舶科学研究中心无锡214082 深海技术科学太湖实验室无锡214082 深海载人装备全国重点实验室无锡214082 船舶结构安全全国重点实验室无锡214082

为解决载人潜水器载体框架的结构可靠性计算问题,提出了一种改进的自适应Kriging-重要抽样法。该方法首先在较大样本空间内样本点较稀疏的情况下构建代理模型,计算得到和验证设计点,然后以设计点为中心构建最终的代理模型,并采用重要抽... 详细信息

为解决载人潜水器载体框架的结构可靠性计算问题,提出了一种改进的自适应Kriging-重要抽样法。该方法首先在较大样本空间内样本点较稀疏的情况下构建代理模型,计算得到和验证设计点,然后以设计点为中心构建最终的代理模型,并采用重要抽样法计算结构可靠性。分别用该方法、蒙特卡洛法和重要抽样法计算了算例的失效概率,计算结果表明所提出的方法具有较高的精度和效率。采用该方法对某载人潜水器载体框架进行结构可靠性分析,基于22次的有限元计算结果得到该载体框架的失效概率为5.18×10^(-8),同时灵敏度计算结果能较好地反映载体框架的结构失效特点。该方法有效降低了小概率失效问题求解的计算工作量,可用于复杂结构的可靠性计算分析。

关键词：载体框架自适应Kriging 重要抽样法可靠性灵敏度

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CAN总线在船舶结构安全监测系统中的应用

电子测量与仪器学报 2014年第5期28卷 553-559页

作者：杨华伟万正权中国船舶科学研究中心无锡214082

船舶结构安全监测系统是用于船舶结构应力测量和结构评估的系统,对保证船体结构运行安全具有重要意义。现在应用的船舶结构安全监测系统采用集中串行测量方式,安装操作不便,不能满足实船长期使用要求。以CAN总线作为通信方式构建了分布... 详细信息

船舶结构安全监测系统是用于船舶结构应力测量和结构评估的系统,对保证船体结构运行安全具有重要意义。现在应用的船舶结构安全监测系统采用集中串行测量方式,安装操作不便,不能满足实船长期使用要求。以CAN总线作为通信方式构建了分布式船舶结构安全监测系统,为保证数据采集和传输的同步性设计了合理的通信方案;为提高系统的通信效率和可靠性制定了符合实际需求的CAN总线应用层协议和热冗余通信方式。系统开发完成后进行了故障注入法测试,测试结果表明采用热冗余通信方式可以使监测系统在1个通信端口出现故障的情况下仍能够正常工作,增强了系统的鲁棒性。与商品化监测系统进行了对比试验,最大误差小于2%。

关键词： CAN总线船体结构安全监测应用层协议通信方案