随机点蚀圆钢管构件力学性能劣化的数值分析
发布时间：2021-07-09 20:53
网壳等空间结构具有结构形式灵活、外形美观等优点,其应用越来越广泛。随着使用年限的增加,腐蚀会使空间结构的力学性能出现不同程度的劣化,相较于其他腐蚀,点蚀是一种常见的剧烈的腐蚀形态,其对结构安全尤为有害。因此,圆钢管作为网壳等空间结构的主要构件,研究圆钢管点蚀构件力学性能的劣化意义深远。本文基于真实腐蚀数据统计规律,建立随机点蚀圆钢管构件有限元模型,分析轴拉、轴压、剪力作用下随机点蚀圆钢管构件力学性能的劣化规律,提出相应力学性能劣化的实用计算方法。本文主要内容及结论如下:1.根据真实腐蚀相关统计规律,建立以蚀孔形状、蚀孔尺寸和蚀孔位置为主要内容的随机点蚀数值模型。通过Matlab编程获取随机点蚀数值模型数据,并将其编制成APDL语言,最终采用ANSYS有限元软件建立随机点蚀圆钢管构件有限元模型。2.点蚀构件端部施加轴拉作用,分析随机点蚀圆钢管构件弹性模量、屈服强度和极限强度的劣化规律,提出随机点蚀圆钢管构件弹性模量、屈服强度和极限强度的劣化分析方法。分析表明,轴拉作用下,采用均匀点蚀考虑随机点蚀构件力学性能的劣化偏于不安全;最大截面损失率可定量评估点蚀构件屈服强度和极限强度的劣化,锈蚀率...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蚀孔形状(a)圆柱蚀孔(b)半球形蚀孔
实体几何模型极不规则，且蚀孔数目较多，所以本文采用模型进行网格划分。本文四面体单元采用 SOLID92 单元，该实体单元由有 3 个自由度，即沿节点坐标系 x、y 和 z 方向的平动位移，同时该单元不规则实体几何模型的网格划分。几何模型采用 ANSYS 有限元软件建立，ANSYS 建模最大优势在于其简几何模型蚀孔数目多，交互式建模难度大、效率低，而 APDL 语言优势到的数值模型是五维数组或四维数组，需要将数组的数据转化为 APDL件将随机点蚀数值模型与 APDL 基本语言有机结合，然后通过 WORD 软的标点符号，从而将数值模型成功转化为 APDL 命令流，将命令流输入模型。对不规则几何实体模型进行网格划分时，网格质量难以控制。相比 ANSY仅具有强大的网格划分前处理功能，而且与大部分的有限元软件均有良型划分网格时，需要将 ANSYS 生成的几何模型以.igs 格式导入 Hypermesh 中，设置单元类型、材料属性及单元尺寸范围，采用自由网格划分方划分，以单元坍塌程度（tet collapse）为主、单元雅克比（jacobian）和设置相应标准检查网格质量，选取不满足要求的网格重新划分，直到 9格划分完成后以.cdb 格式重新导回 ANSYS，有限元网格模型示意见图 求解在 ANSYS 中进行，力学性能不同，加载方式不同，具体的加载方案Y
正态 22.5-3.5 简支 2200 S22.5-ZT-J2200为变量建立点蚀构件有限元模型，不同类别点蚀构件的锈蚀率详细分布见表 4-5。-WB-J2850”锈蚀率为 0 时构件长度为 3200mm，其他构件长度同编号。表4-5弹性阶段不同类别点蚀模型锈蚀率分布.75-WB-J2850 S22.5-WB-J2200 S22.5-ZT-J2200 J22.5-JY-J2200 S22.5-WB-GJ44000 0 0 5.98 3.864.13 3.69 3.61 11.32 8.086.52 6.63 6.60 20.52 10.18 10.07 10.02 37.51 14.78 13.90 13.50 17.92 17.83 17.89 22.29 22.07 22.51 27.36 26.37 26.69 31.79 30.97 30.97 33.51 35.35 约束均通过刚域施加，施加方式见 3.1.2.2 节。其中，简支和一端固支一端简支类形图见 4-10。1NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =67
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形理论的锈蚀钢筋表面轮廓分布特征[J]. 陆春华,杨金木,延永东,傅巧瑛. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]轴向压力下含点蚀损伤加筋板极限强度研究[J]. 施兴华,王鹏翔,江小龙,闫岩. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]点蚀孔腐蚀钢构件力学性能劣化简化分析方法[J]. 叶继红,申会谦,薛素铎. 哈尔滨工业大学学报. 2016(12)
[4]双点腐蚀对船体板应力集中影响研究[J]. 张岳林,彭飞,牟金磊. 舰船科学技术. 2015(12)
[5]金属局部腐蚀的三维元胞自动机模型[J]. 郭东旭,任克亮,王燕昌,郭晓菊,张恩山. 力学与实践. 2014(04)
[6]腐蚀对结构受力的影响以及改进措施[J]. 王文静,耿焘,贾晓楠,盖文庆,王欣. 中国工程机械学报. 2014(02)
[7]航空铝合金材料腐蚀坑形状特征[J]. 刘治国,李旭东,穆志韬. 腐蚀与防护. 2014(02)
[8]点蚀损伤船体结构板的极限剪切屈曲强度研究[J]. 张岩,黄一,刘刚. 船舶力学. 2013(Z1)
[9]腐蚀坑应力集中系数影响分析[J]. 陈定海,穆志韬,田述栋,孔光明,朱做涛. 新技术新工艺. 2012(07)
[10]氯盐锈蚀钢筋的屈服强度退化分析及其概率模型[J]. 王波,袁迎曙,李富民,杜健民. 建筑材料学报. 2011(05)
博士论文
[1]腐蚀疲劳点蚀演化与裂纹扩展机理研究[D]. 黄小光.上海交通大学 2013
[2]考虑腐蚀影响船舶结构极限强度研究[D]. 王燕舞.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]风荷载下在役焊接空间网格结构疲劳性能研究[D]. 申会谦.东南大学 2015
[2]含点蚀损伤加筋板结构极限强度研究[D]. 孟凡磊.大连理工大学 2014
[3]腐蚀坑对圆棒构件应力集中及腐蚀疲劳寿命的影响研究[D]. 张新燕.兰州理工大学 2013
[4]锈蚀钢筋表面特征的统计分析及其力学性能退化模型研究[D]. 张威.西安建筑科技大学 2013
本文编号：3274478
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蚀孔形状(a)圆柱蚀孔(b)半球形蚀孔
实体几何模型极不规则，且蚀孔数目较多，所以本文采用模型进行网格划分。本文四面体单元采用 SOLID92 单元，该实体单元由有 3 个自由度，即沿节点坐标系 x、y 和 z 方向的平动位移，同时该单元不规则实体几何模型的网格划分。几何模型采用 ANSYS 有限元软件建立，ANSYS 建模最大优势在于其简几何模型蚀孔数目多，交互式建模难度大、效率低，而 APDL 语言优势到的数值模型是五维数组或四维数组，需要将数组的数据转化为 APDL件将随机点蚀数值模型与 APDL 基本语言有机结合，然后通过 WORD 软的标点符号，从而将数值模型成功转化为 APDL 命令流，将命令流输入模型。对不规则几何实体模型进行网格划分时，网格质量难以控制。相比 ANSY仅具有强大的网格划分前处理功能，而且与大部分的有限元软件均有良型划分网格时，需要将 ANSYS 生成的几何模型以.igs 格式导入 Hypermesh 中，设置单元类型、材料属性及单元尺寸范围，采用自由网格划分方划分，以单元坍塌程度（tet collapse）为主、单元雅克比（jacobian）和设置相应标准检查网格质量，选取不满足要求的网格重新划分，直到 9格划分完成后以.cdb 格式重新导回 ANSYS，有限元网格模型示意见图 求解在 ANSYS 中进行，力学性能不同，加载方式不同，具体的加载方案Y
正态 22.5-3.5 简支 2200 S22.5-ZT-J2200为变量建立点蚀构件有限元模型，不同类别点蚀构件的锈蚀率详细分布见表 4-5。-WB-J2850”锈蚀率为 0 时构件长度为 3200mm，其他构件长度同编号。表4-5弹性阶段不同类别点蚀模型锈蚀率分布.75-WB-J2850 S22.5-WB-J2200 S22.5-ZT-J2200 J22.5-JY-J2200 S22.5-WB-GJ44000 0 0 5.98 3.864.13 3.69 3.61 11.32 8.086.52 6.63 6.60 20.52 10.18 10.07 10.02 37.51 14.78 13.90 13.50 17.92 17.83 17.89 22.29 22.07 22.51 27.36 26.37 26.69 31.79 30.97 30.97 33.51 35.35 约束均通过刚域施加，施加方式见 3.1.2.2 节。其中，简支和一端固支一端简支类形图见 4-10。1NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =67
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形理论的锈蚀钢筋表面轮廓分布特征[J]. 陆春华,杨金木,延永东,傅巧瑛. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]轴向压力下含点蚀损伤加筋板极限强度研究[J]. 施兴华,王鹏翔,江小龙,闫岩. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[3]点蚀孔腐蚀钢构件力学性能劣化简化分析方法[J]. 叶继红,申会谦,薛素铎. 哈尔滨工业大学学报. 2016(12)
[4]双点腐蚀对船体板应力集中影响研究[J]. 张岳林,彭飞,牟金磊. 舰船科学技术. 2015(12)
[5]金属局部腐蚀的三维元胞自动机模型[J]. 郭东旭,任克亮,王燕昌,郭晓菊,张恩山. 力学与实践. 2014(04)
[6]腐蚀对结构受力的影响以及改进措施[J]. 王文静,耿焘,贾晓楠,盖文庆,王欣. 中国工程机械学报. 2014(02)
[7]航空铝合金材料腐蚀坑形状特征[J]. 刘治国,李旭东,穆志韬. 腐蚀与防护. 2014(02)
[8]点蚀损伤船体结构板的极限剪切屈曲强度研究[J]. 张岩,黄一,刘刚. 船舶力学. 2013(Z1)
[9]腐蚀坑应力集中系数影响分析[J]. 陈定海,穆志韬,田述栋,孔光明,朱做涛. 新技术新工艺. 2012(07)
[10]氯盐锈蚀钢筋的屈服强度退化分析及其概率模型[J]. 王波,袁迎曙,李富民,杜健民. 建筑材料学报. 2011(05)
博士论文
[1]腐蚀疲劳点蚀演化与裂纹扩展机理研究[D]. 黄小光.上海交通大学 2013
[2]考虑腐蚀影响船舶结构极限强度研究[D]. 王燕舞.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]风荷载下在役焊接空间网格结构疲劳性能研究[D]. 申会谦.东南大学 2015
[2]含点蚀损伤加筋板结构极限强度研究[D]. 孟凡磊.大连理工大学 2014
[3]腐蚀坑对圆棒构件应力集中及腐蚀疲劳寿命的影响研究[D]. 张新燕.兰州理工大学 2013
[4]锈蚀钢筋表面特征的统计分析及其力学性能退化模型研究[D]. 张威.西安建筑科技大学 2013
本文编号：3274478
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