CN112199779B - 一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法，在选取结构典型高应力节点后，对结构进行等厚缩比设计：步骤1、根据有限元分析结果，选取结构的典型高应力节点作为疲劳试验节点；步骤2、根据选取的节点横剖面宽B和高H，考虑加载装置最大加载剖面尺寸S1×S2，利用下式确定模型横剖面缩尺比：

其中

表示向上取整，取a1、a2中的大值作为模型横剖面缩尺比1:ai，i＝1，2；并保持节点肋距不变；步骤3、疲劳模型各部位壳板厚度按结构真实壳板厚度进行选取，其节点的焊接工艺采用与真实结构相同的焊缝形式和成型尺寸。本发明方法既能相对真实的反映实际结构节点最大应力处的复合应力状态，又能体现出其疲劳破坏机制。

Description

一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法

技术领域

本发明属于海洋装备耐压结构工程疲劳试验模型设计领域，具体涉及一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法。

背景技术

随着高强材料在船舶工程中的应用越来越广泛，其高应力状态对结构的疲劳影响不容忽视。疲劳问题是冶金因素与力学因素对结构综合作用的结果，具体到结构工程中，主要体现在焊接与受力两个方面。从焊接角度出发，焊缝初始缺陷的尺度、焊接接头的金相组织和焊接热影响区的尺寸范围都将对结构节点的疲劳特性产生影响，而决定上述影响因素的，是壳板厚度、焊缝形式和尺寸、以及焊接方法。从受力角度出发，结构节点最大应力点处的局部复合高应力状态是其疲劳性能的控制因素。

目前对于结构节点疲劳寿命研究主要采用试验方法，试验模型分为实尺度模型与缩比模型两种。实尺度模型具有真实反映结构力学性能的优点，但其造价高、工期长以及空间、尺寸受到加载装置限制等缺点也限制了实尺度模型的应用。因此，满足结构相似理论的缩比模型得到广泛的应用。

疲劳试验模型设计最关键因素在于真实反映结构典型节点疲劳本质及内在机理，实现对焊接和受力因素的准确模拟。由于必须反映实际壳板厚度、焊接影响以及节点最大应力点处复合应力状态，若采用对结构板厚缩尺的缩比模型试验对其进行研究，往往无法真实模拟冶金因素与力学因素对结构的综合作用，因此对板厚进行缩比的完全几何缩比模型将不再适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有对板厚进行缩比的完全几何缩比模型无法真实反映试验过程中节点断面疲劳特性的问题，提供一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法，该方法设计的试验模型能实现对焊接和受力因素的准确模拟，以解决上述问题。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法，在选取结构典型高应力节点后，对结构进行等厚缩比设计，具体包括以下步骤：

步骤1、根据有限元分析结果，选取结构的典型高应力节点作为疲劳试验节点；

步骤2、根据选取的节点横剖面宽B和高H，考虑加载装置最大加载剖面尺寸S1×S2，利用下式确定模型横剖面缩尺比：

其中S1表示最大加载剖面宽度，S2表示最大加载剖面高度，

表示向上取整，取a1、a2中的大值作为模型横剖面缩尺比1:ai，i＝1，2；并保持节点肋距不变；

步骤3、疲劳模型各部位壳板厚度按结构真实壳板厚度进行选取，其节点的焊接工艺采用与真实结构相同的焊缝形式和成型尺寸。

上述方法中，该方法中保持模型节点的肋骨尺寸不变。

上述方法中，该方法中保持模型节点的长度不变。

上述方法中，该方法应用于海洋装备耐压结构的疲劳试验模型设计，疲劳试验节点为船舶舱段结构。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种调整缩比模型相关尺寸参数的等厚缩比疲劳试验模型设计方法，保持疲劳模型各部位壳板厚度与真实壳板厚度相同，节点的焊接工艺与真实结构的焊缝形式和成型尺寸相同，既能相对真实的反映实际结构节点最大应力处的复合应力状态，又能体现出其疲劳破坏机制。本发明方法尤其适用于海洋装备耐压结构工程疲劳试验模型设计。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中实船节点结构示意图；

图2是本发明实施例中模型节点结构结构图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明提出了一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法，主要应用于海洋装备耐压结构工程疲劳试验模型设计，在选取结构典型高应力节点后，对结构进行等厚缩比设计，具体包括以下步骤：

步骤1、对全船进行有限元建模计算，根据有限元分析结果，选取海洋装备耐压结构的典型高应力节点作为疲劳试验节点，如双层底肋板处；

步骤2、根据选取的节点横剖面宽B和高H，考虑加载装置最大加载能力以及最大加载剖面尺寸S1×S2，利用下式确定模型横剖面缩尺比：

其中S1表示最大加载剖面宽度，S2表示最大加载剖面高度，

表示向上取整，取a1、a2中的大值作为模型横剖面缩尺比1:ai，i＝1，2；并保持节点肋距不变；

步骤3、疲劳模型各部位壳板厚度按海洋装备耐压结构真实壳板厚度进行选取，其节点的焊接工艺采用与海洋装备耐压真实结构相同的焊缝形式和成型尺寸。

优选地，模型节点的肋骨尺寸保持不变。

下面以双层底肋板的舱段结构作为试验对象，详细描述本发明设计方法。

如图1所示，实际双层底半宽为B_S＝7500mm，高度为H_S＝960mm，长度为L_S＝10000mm，肋距为C_S＝600mm，内底板厚度为T_SN＝20mm，外底板厚度为T_SW＝30mm，加载装置最大加载剖面尺寸为5000mm×1500mm，即S1＝5000mm，S2＝1500mm。

则模型横剖面缩尺比选择为：

所以缩尺比选择为1:3。如图2所示，模型双层底半宽为B_M＝2500mm，高度为H_M＝320mm，长度为L_M＝10000mm，肋距为C_M＝600mm，内底板厚度为T_MN＝20mm，外底板厚度为T_MW＝30mm。

本发明提供了一种调整缩比模型相关尺寸参数的等厚缩比疲劳试验模型设计方法，使得在对结构节点疲劳寿命进行缩比模型试验研究时，得以真实反映结构典型节点疲劳本质及内在机理，实现对焊接和受力因素的准确模拟。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种等厚缩比疲劳试验模型设计方法，在选取海洋装备耐压结构典型高应力节点后，对海洋装备耐压结构进行等厚缩比设计，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、根据有限元分析结果，选取海洋装备耐压结构的典型高应力节点作为疲劳试验节点；

步骤2、根据选取的节点横剖面宽B和高H，考虑加载装置最大加载剖面尺寸S1×S2，利用下式确定海洋装备耐压结构疲劳试验模型横剖面缩尺比：

其中S1表示最大加载剖面宽度，S2表示最大加载剖面高度，

表示向上取整，取a1、a2中的大值作为海洋装备耐压结构疲劳试验模型横剖面缩尺比1:ai，i＝1，2；并保持节点肋距和肋骨尺寸不变；

步骤3、海洋装备耐压结构疲劳模型各部位壳板厚度按海洋装备耐压结构真实壳板厚度进行选取，其节点的焊接工艺采用与真实海洋装备耐压结构相同的焊缝形式和成型尺寸。

2.根据权利要求1所述的等厚缩比疲劳试验模型设计方法，其特征在于，该方法中保持海洋装备耐压结构疲劳试验模型节点的长度不变。

3.根据权利要求1所述的等厚缩比疲劳试验模型设计方法，其特征在于，疲劳试验节点为船舶舱段结构。

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