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单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析

李政杰 黄路 赵南 刘俊杰 胡嘉骏 祁恩荣

李政杰, 黄路, 赵南, 刘俊杰, 胡嘉骏, 祁恩荣. 单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(4): 53-58. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01554
引用本文: 李政杰, 黄路, 赵南, 刘俊杰, 胡嘉骏, 祁恩荣. 单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(4): 53-58. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01554
LI Zhengjie, HUANG Lu, ZHAO Nan, LIU Junjie, HU Jiajun, QI Enrong. Ultimate bearing capacity for steel sandwich panels under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(4): 53-58. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01554
Citation: LI Zhengjie, HUANG Lu, ZHAO Nan, LIU Junjie, HU Jiajun, QI Enrong. Ultimate bearing capacity for steel sandwich panels under uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(4): 53-58. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01554

单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01554
详细信息
    作者简介:

    黄路, 男, 1987年生, 硕士, 工程师

    赵南, 男, 1985年生, 博士, 高级工程师

    刘俊杰, 男, 1978年生, 博士, 高级工程师

    胡嘉骏, 男, 1965年生, 硕士, 研究员

    祁恩荣, 男, 1965年生, 博士, 研究员

    通信作者:

    李政杰, 男, 1986年生, 硕士, 高级工程师

  • 中图分类号: U661.43

Ultimate bearing capacity for steel sandwich panels under uniaxial compression

知识共享许可协议
单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析李政杰,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  为实现船体结构的轻量化设计,采用金属夹层结构代替传统的加筋板结构,在保证原有结构承载性能的前提下,降低船体结构重量。  方法  针对单轴压缩作用下V型和I型金属波纹夹层板的承载性能问题,利用ABAQUS软件,对其进行屈曲分析和非线性有限元分析,并与传统加筋板结构的承载性能进行对比分析,  结果  得到了金属夹层板的承载性能与失效模式。计算结果表明,结构型式不同使得其屈曲失效模式存在差异;相同重量下,设计的I型金属波纹夹层板承载能力最强,加筋板与V型金属波纹夹层板次之。  结论  不同结构型式的轻量化减重效率有所不同,金属夹层板的轻量化规律可为其在船体结构设计中的选型与应用提供参考。
  • 图  1  V型金属波纹夹层板结构示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of type V steel corrugated sandwich panel

    图  2  I型金属波纹夹层板结构示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of type I steel corrugated sandwich panel

    图  3  加筋板结构示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of traditional stiffened panel structure

    图  4  V型金属波纹夹层板有限元模型

    Figure  4.  FE model of type V steel corrugated sandwich panel

    图  5  I型金属波纹夹层板有限元模型

    Figure  5.  FE model of type I steel corrugated sandwich panel

    图  6  加筋板有限元模型

    Figure  6.  FE model of stiffened panel

    图  7  有限元模型边界条件

    Figure  7.  Boundary conditions of FE model

    图  8  V型金属波纹夹层板一阶屈曲失效模式

    Figure  8.  First-order buckling failure mode of type V steel corrugated sandwich panel

    图  9  I型金属波纹夹层板一阶屈曲失效模式

    Figure  9.  First-order buckling failure mode of type I steel corrugated sandwich panel

    图  10  加筋板一阶屈曲失效模式

    Figure  10.  First-order buckling failure mode of stiffened panel

    图  11  V型金属波纹夹层板极限状态下Mises应力分布云图

    Figure  11.  Mises stress distribution of type V steel corrugated sandwich panel in limit state

    图  12  I型金属波纹夹层板极限状态下Mises应力分布云图

    Figure  12.  Mises stress distribution of type I steel corrugated sandwich panel in limit state

    图  13  加筋板极限状态下Mises应力分布云图

    Figure  13.  Mises stress distribution of stiffened panel in limit state

    图  14  3种结构模型的载荷—位移曲线

    Figure  14.  Load-displacement curves of three structure models

    表  1  夹层板尺寸参数

    Table  1.   Dimensional parameters of sandwich panel

    夹层板a /mm b /mm c /mm tt /mm tc /mm tb /mm H /mm 横截面积/mm2
    V型 1 200 1 000 200 2.5 1.5 2.5 90 8 421.65
    I型 1 200 1 000 200 2.5 5.5 2.5 90 8 475
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    表  2  屈曲分析结果对比

    Table  2.   Comparison of buckling analysis results

    结构模型 一阶屈曲特征值/N 端面平均应力/MPa 一阶屈曲失效模式
    V型 1.729×106 102.627 上面板板格及芯材屈曲失效
    I型 3.044×106 169.671 整体板格屈曲失效
    加筋板 2.352×106 137.177 整体板格屈曲及筋侧倾屈曲失效
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    表  3  极限分析结果对比

    Table  3.   Comparison of limit analysis result

    结构模型 横截面积/mm2 极限压力/ N 端面平均应力/MPa
    V型 16 843 2.753×106 163.432
    I型 17 940 3.630×106 202.339
    加筋板 17 148 3.187×106 185.832
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-28
  • 修回日期:  2019-05-13
  • 网络出版日期:  2020-01-21
  • 刊出日期:  2020-08-12

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