Численное моделирование процессов глубокого пластического деформирования судовых конструкций

• Автор: Коршунов, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 194 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯМ

ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СУДОВЫХ КОНСТРУКИЙ

ГЛАВА 2 ФОРМЫ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И АЛГОРИТМЫ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ИХ МОДЕЛИРОВАНИЯ

2.1 Общие положения

2.2 Предельные состояния конструкций

2.3 Процедуры определения предельного состояния по пригодности к эксплуатации

2.3.1 Процедура удвоения обобщенной податливости

2.3.2 Процедура пятикратных максимальных упругих деформаций

2.3.3 Процедура фиксированного остаточного прогиба
2.3.4 Процедура осреднения модуля упрочнения
2.4 Методы определения предельного состояние по потери несущей способности
2.5 Методы определения аварийного предельного состояния
2.6 Алгоритмы метода конечных элементов для анализа процессов начального пластического деформирования судовых конструкций
2.6.1 Метод Ньютона-Рафсона для решения нелинейной системы уравнений метода конечных элементов
2.6.2 Метод длины дуги для решения нелинейной системы уравнений метода конечных элементов со сложной траекторией нагружения
2.6.3 Сопоставление метода Ньютона-Рафсона и метода длины дуги при расчете судовых конструкций в условия глубокого пластического деформирования
2.7 Алгоритмы метода конечных элементов для анализа процессов глубокого пластического деформирования судовых кострукций
2.7.1 Метод центральных разностей
2.7.2 Сопоставления неявных и явных методов при расчете судовых конструкций57
2.8 Заключение и выводы по главе
ГЛАВА 3 МОДЕЛИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
3.1 Общие положения
3.2 Модель изотропного упрочнения материала
3.3 Модель кинематического упрочнения материала
3.3.1 Линейное кинематическое упрочнение
3.3.2 Комбинированное упрочнение
3.3.3 Нелинейное кинематическое упрочнение
3.4 Сопоставление моделей поведения материала при численном моделировании
3.5 Заключение и выводы по главе
ГЛАВА 4 ВИРТУАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВПЛОТЬ ДО РАЗРУШЕНИЯ
4.1 Реализация процедур определения предельных состояний на моделях метода конечных элементов для судовых балок
4.1.1 Идентификация предельного состоянии по пригодности к эксплуатации
4.1.2 Идентификация предельного состоянии по потере несущей способности
4.1.3 Идентификация аварийного предельного состояния
4.2 Реализация процедур определения предельных состояний на моделях метода конечных элементов для судовых перекрытий
4.3 Определение предельного состояния для конструкций, находящихся в условиях сжатия
4.4 Оценка ресурса бортового перекрытия ледового танкера категории Агсб, находящегося под действием эксплуатационных нагрузок

4.4.1 Расчетные нагрузки
4.4.2 Коррозионный износ связей
4.4.4 Определение остаточных деформаций в конструкциях ледового пояса в результате воздействия расчетных нагрузок
4.4.5 Сопоставление остаточных деформации с допустимыми значениями
4.4.6 Определение предельных нагрузок для конструкции ледового пояса
4.4.7 Многократное нагружение конструкции ледового пояса
4.5 Заключение и выводы по главе
ГЛАВА 5 РАЗВИТИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕДУР УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ БАЛОЧНЫХ МОДЕЛЕЙ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
5.1 Предельное состояние сечения при совместном действии изгибающего момента и осевой силы
5.2 Исследование влияния распора на величину прогиба балок прямоугольного сечения в упругопластической стадии нагружения
5.2.1 Работа балки в упругой стадии
5.2.2 Кинематический механизм
5.2.3 Пластическая нить
5.2.4 Сопоставление с экспериментальными данными
5.3 Исследование влияния распора на величину прогиба балок двутаврового сечения в упругопластической стадии нагружения, учет сдвига
5.4 Расчет балок несимметричного двутаврового поперечного сечения в
упругопластической стадии изгиба
5.4.1 Кривые нагружения
5.4.2 Сопоставление аналитических результатов с моделями метода конечных элементов
5.5 Заключение и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время наблюдается большой интерес к Арктическому региону. Это связано, прежде всего, с добычей нефти и других ресурсов, а так же с развитием судоходных маршрутов, которые позволили бы существенно снизить время доставки груза, и как следствие затраты на его перевозку. К таким маршрутам можно отнести Северный Морской путь и Северо-Западный проход. Но большинство морей Арктики практически круглый год покрыты льдом и плохо пригодны для судоходства, которое возможно лишь в летние месяцы. Поэтому для того чтобы использовать все преимущества Арктики необходимо создавать новые суда, которые надежно бы эксплуатировались в покрытых льдом арктических морях. Для создания новых судов необходимо совершенствовать методы их проектирования.
Перекрытия и балки являются основными конструктивными элементами морских сооружений. Поведение данных конструкций в упругой области хорошо изучено. Однако создание рациональных конструкций судового корпуса предполагает эффективное использование ресурса материала, как в упругой, так и упругопластической области. Поэтому в последнее время при проектировании судов наметился переход от традиционного метода, основанного на допускаемых напряжениях, к методам, использующим предельные нагрузки, которые вызывают пластические деформации. Особенно это относится к проектированию судов ледового плавания.
Вследствие этого к исследованию напряженно-деформированного состояния судовых конструкций в области глубокого пластического деформирования в настоящее время возобновился большой интерес, и это стало активно развивающимся направлением строительной механики корабля. Исследования процессов пластического деформирования важно не только для эксплуатационных нагрузок, но и для решения проблем,
Пусть на л--том шаге уравнение (2.4) строго не выполняется, и имеется невязка/погрешность:
И‘ "(’МЬИ-И«}' -И?*’- (2.5)
Дадим теперь перемещениям {9}' такие приращения {Дд}”1, чтобы невязка (3.3) обратилась в нуль.
И*1=И'+1)}=И?5+д5+1)}=° (2-6-)
Разложим {г}’+1 в ряд Тейлора около {(/}'.
Щд)}

Из (2.7) следует, что
д
д?г‘ = И?')}’
(2.7)
(2.8)
Распишем подробно левую часть уравнения (2.8)

дНя)}

Ж«)'
А?Г'=Е

Ы-(4‘

А ч'С
(2.9)
ьн»г
Выражение (2.9), как будет показано ниже, приводится к виду

где[м»(«.)1-Е
ж*(4

(2.10)
(2.11)

Для системы с двумя степенями свободы уравнения (2.10) (2.11) будут иметь вид