Investigation into damage/fracture mechanism of stiffened panels subjected to compression for risk assessment of hull-girder collapse

研究受压加劲板的损伤/断裂机制，以评估船体梁倒塌的风险

基本信息

批准号：
22K04561
负责人：
辰巳晃
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

船体が縦曲げ崩壊する際に延性破壊が生じる箇所を推定することを目的に，非線形有限要素法を用いて純曲げ状態のボックスガーダおよび軸圧縮下の防撓パネルの座屈崩壊解析を行った．板が面内圧縮を受けて座屈を生じる際，座屈の有効幅部に高い応力が生じ，有効幅部が降伏することで最終強度を迎える．このとき，外板とガーダー（桁材）の交差部のように周辺の構造と比較して相対的に剛な箇所では，変形が拘束される影響によって有効幅部に高い塑性ひずみを生じることが分かった．板の座屈変形が成長するにつれて，板は圧縮荷重と垂直な面内方向（板の幅方向）に引張りを受ける．前述の桁材と板の交差部での塑性ひずみ集中により延性破壊が生じ，桁材に沿う方向に亀裂が成長する可能性が示唆される．以上の考察の検証を行うため，正方形板を用いてより詳細な座屈崩壊解析を実施した．桁材は十分に剛と仮定し，その位置で正方形板のたわみを支持した．板のモデル化にはソリッド要素を用いた．延性破壊のクライテリアにMMC（Modified Mohr-Coulomb criterion）を採用した損傷モデルを定義し，非線形有限要素法による座屈崩壊解析に考慮することで，板の座屈後の延性破壊の発生個所の推定を試みた．その結果，板の座屈後にたわみの支持部（＝桁材の近傍）で破壊が生じると推定された．このような亀裂の発生は別の研究で行われた防撓パネルの圧壊試験でも確認されている．本研究では，船体桁の波浪中での動的逐次崩壊応答を予測するための実用的な流力弾塑性梁モデルも開発している．2022年度は繰り返し荷重の影響を考慮した防撓パネルの平均応力－平均ひずみ関係を流力弾塑性梁モデルに導入した．コンテナ船を用いたケーススタディを実施し，大きな波が繰り返し船体に作用することで塑性変形が累積し，縦曲げ崩壊に至る可能性があることを示した．

为了估计船体纵向弯曲倒塌时发生延性破坏的位置，采用非线性有限元方法对纯弯曲状态下的箱梁和轴压加劲板进行屈曲倒塌分析。当板材受到面内压缩屈曲时，在屈曲有效宽度内产生高应力，有效宽度屈服，达到极限强度。此时，在与周围结构相比相对刚性的位置，例如外蒙皮和大梁之间的交叉处，由于抑制变形的作用，有效宽度中可能会出现高塑性应变。随着板的屈曲变形增大，板在与压缩载荷垂直的面内方向（板的宽度方向）上受到拉力。这表明如上所述，由于梁与板相交处的塑性应变集中，可能会发生延性断裂，并且裂纹沿着梁的方向扩展。为了验证上述考虑，使用方形板进行了更详细的屈曲倒塌分析。假定梁材料具有足够的刚性，并且方板的偏转在该位置得到支撑。使用实体元素对板进行建模。通过定义采用 MMC（改进的莫尔-库仑准则）作为延性断裂准则的损伤模型，并使用非线性有限元法将其纳入屈曲倒塌分析中，可以估计板屈曲后发生延性断裂的位置。我试过。由此推测，板件屈曲后，失效发生在偏转的支撑部位（梁材附近）。另一项研究中进行的加强板挤压试验也证实了这种裂纹的存在。在这项研究中，我们还开发了一个实用的水弹塑性梁模型来预测波浪中船梁的动态连续倒塌响应。 2022年，我们将考虑循环荷载影响的加筋板平均应力-平均应变关系引入到水弹塑性梁模型中。以集装箱船为例进行了案例研究，结果表明，大波浪对船体的反复作用会导致船体塑性变形的积累，从而导致竖向弯曲倒塌。