船和海洋结构物板在多次冲击载荷下的损伤分析外文翻译资料

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船和海洋结构物板在多次冲击载荷下的损伤分析

摘要

船舶和海上结构经常受到波浪以外的硬物体的冲击，特别是受到供应船冲击的平台，这种情况是很现实的。报告的工作很少，缺乏具体的指导。本文从实验和理论两方面研究了这种重复撞击现象。实验结果与理论符合得很好。给出了估算镀层损伤的简单公式。从层面发现在所述情况下不发生伪安定。文中给出了相关的实验结果来支持这一理论预测。给出了一个计算半潜式钻井平台立柱在漂移供应船反复冲击作用下的损伤的算例。

注释:

1简介

海洋结构物经常受到砰击、坠物、碰撞、接地和冰损坏等引起的重复动力载荷，因此，本研究具有实际工程意义。基于对船舶艏部多次波冲击的观测，Jones 1 #39; 2提出了一种在反复动压力脉冲作用下刚性、完全塑性矩形板的静定方法。刚性的完全塑性结构将达到静定状态，并且随后不会因相同动态压力脉冲的进一步重复而变形。近年来，在反复施加矩形压力载荷下，对梁和板的拟安定性进行了进一步的理论研究。由于轴向约束的拉伸效应在拟安定性中起主导作用，刚性理想塑性模型能够较好地描述拟安定性问题。

船舶和海上结构受到波浪以外的硬物反复冲击的情况很多。1976 - 1982年期间进行的碰撞调查报告了英国北海段107起事故。当接近或离开结构时，或者当在失控条件下朝着结构漂移时，大多数碰撞涉及液舱，劳埃德船级社的一份报告显示，一些半潜式漂流装置需要频繁修理，因为它们在同一个航柱上反复受到撞击。该报告显示，大多数浮式和固定式结构太弱，无法承受补给船的反复撞击。有与会者建议修改关于其设计的现行规则。遗憾的是，现行规则中没有给出关于意外损坏的具体指导，关于重复撞击响应的工作也很少报道。

本文对矩形板在反复冲击下的动力响应进行了试验研究。采用理想刚塑性分析方法研究了两种相同冲击下板的动力响应。给出了估算镀层变形损伤的简单公式，为船舶和平台在反复荷载作用下镀层的初步设计提供了有用的信息影响。本文还利用刚性理想塑性模型研究了板在任意次数相同冲击下的动力非弹性响应，以检验这一特殊问题是否存在拟安定现象。将理论解与实验结果进行了比较。

2试验工作

格拉斯哥大学海军建筑与海洋工程系的朱进行了板撞击试验。试验包括使刚性楔与完全夹紧的矩形板猛烈接触(图1 )。楔形体尖端锋利，垂直长度为100 mm。撞针的质量范围可从15 kg到60 kg不等，冲击速度可达5 . 0 ms^-1。板试样由强应变速率敏感材料低碳钢( 0.95 mm和1.65 mm厚)或应变速率不敏感铝合金( 1.65 mm厚)制成。在测试中，板( 2L )的长度固定在200 m处，板( 2B )的宽度可以在150 mm至250 mm之间变化。与板( 2 / d )接触的楔形撞针的长度为100 mm (见图1和4 )。

将试样用50m等间距高强度钢螺栓夹在两组厚( 40 mm )的四边支撑板之间。在每次试验之前和之后，对照支撑板的边缘标记样品的边界。试验中获得了无旋转、轴向和侧向运动的边界条件。试验程序和仪器的详细情况见参考文献12和13。对每个板试样施加冲击载荷，直到在凹痕线的两端观察到明显破裂。对于每次冲击，测量初始冲击速度、回弹速度和永久变形。对部分试件进行了四个不同点(前表面两个，后表面两个)的加速度和动应变测量。在平板钢和铝板上记录的实验数据示于表1中。

在两个相同的影响下，对于铝和钢板，，表1给出了10次试验值(不包括破裂和偏心情况)的平均32 %。可以看出，对于第二次冲击，当撞针以不同的位置撞击板时,在第二次冲击中靠近第一凹痕线的位置，的值将变得非常小，例如1.54 %和ST04分别为10.5 %。形成两条平行的塑性铰线。因此，如果第二次冲击的位置不同于第一次冲击的位置，则板更安全。

试验表明，第二次冲击加速度幅值大于第一次冲击加速度幅值，但总体响应时间小于第一次冲击加速度幅值。此外，在第二冲击上的加速度比在第一冲击上的加速度增加得更快以达到最大值。为了检验在重复相同冲击下是否会出现伪安定现象，对长150 mm、宽200 mm、厚1 ~ 65 mm、压痕线为100 mm的钢板( ST03 )进行了试验研究。在ST03的情况下，当板在试验中的凹痕线末端破裂时，质量为23.3千克的撞针反复撞击板达17次。17次撞击的平均撞击速度为2.65米/秒。情况ST03的实验结果示于图2中。在试验中没有观察到伪安定现象(图2 ( a ) )。响应时间随着撞击次数的增加而变小(图2 ( b ) )。发现最大变形时间( )与总冲击持续时间( )之间存在显著差异。由于动力试验仪器的困难，回弹速度和最大加速度曲线出现了波动，但仍呈现出较好的趋势。当撞针的回弹速度在随后的冲击中持续增加时(见图3 ( b ) )，板在随后的每次冲击中吸收的能量随着冲击次数的增加而减少

对长250毫米、宽200毫米、厚1.65毫米的ST05钢板进行了类似试验，牙本质线为100毫米。用质量为23 - 3 kg的撞针以2 - 79 m / s的速度反复撞击板达15次，实验结果示于图3中。

图2 ( a )和图3 ( a )中的实验结果清楚地表明，对于在17和15次冲击下板断裂失效的板，永久变形曲线并不随冲击次数的增加而变平，没有发生伪安定。

3刚性完全塑性分析

3刚性完全塑性分析

图4中定义的坐标系用于在冲击下进行刚性完全塑性分析。

如果假定变形板被细分成由s个直线铰链分开的多个刚性区域，则矩形板的动力学方程的一般形式可以简化为等式( 1 ) :

其中是板的每单位面积的质量，A是板的总面积，是横向偏转，M和N表示沿屈服铰链的合成力矩和膜力，屈服铰链的长度，是板的相邻刚性部分的旋转。该方程已被广泛应用于研究结构在爆炸、砰击和楔形冲击等各种动力荷载作用下的动力塑性响应。对于单次冲击，此处扩展到多次冲击。

使用Wood模式，板可以被分成两个区域I和II，如图4所示。位移如下所示:

for region I (2a)

for region II (2b)

其中Wc是冲击板中心的位移。

对于沿凹痕线均匀分布的冲击载荷，冲击力和线压为:

(3)

（4）

其中m0是撞击时撞针的质量。

如果选择平方屈服准则(见图5 )，则耗散函数dh14可以表示为:

（5）

其中Mo是塑性弯矩。

如果方程式( 2 ) - ( 5 )被代入方程式( 1 )，则可以示出:

（6）

（7）

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