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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04561/
• 关键词: 船体縦曲げ崩壊; 座屈崩壊; 延性破壊; 損傷モデル; 流力弾塑性解析; 座屈; 損傷; 破壊; 縦曲げ崩壊; リスク; 船体縦曲げ崩壊; 座屈崩壊; 延性破壊; 損傷モデル; 流力弾塑性解析; 座屈; 損傷; 破壊; 縦曲げ崩壊; リスク

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．

为了估计当船体垂直塌陷时延性裂缝发生的位置，我们使用非线性有限元方法进行了纯弯曲状态和轴向压缩下僵化面板的屈曲塌陷分析。当板进行平面内压缩并引起屈曲时，高应力发生在屈曲的有效宽度中，并且所得宽度的有效宽度会导致达到其最终强度。目前，发现与周围结构相比，在相对刚性的地方，例如外板和梁的相交（梁材料），由于约束变形的效果，在有效宽度中产生了高塑性应变。随着板的屈曲变形的生长，将板垂直于压缩载荷的平面内方向（在板的宽度方向上）呈张力。这表明，梁材料和上面的板的交点处的塑性应变浓度会导致延性断裂，这表明裂纹可能沿着梁材料沿方向生长。为了验证上述考虑，使用方板进行了更详细的屈曲塌陷分析。假定梁材材料足够刚性，在该位置上支持方板的挠度。固体元素用于建模董事会。我们已经使用MMC（修饰的MOHR-COULOMB标准）将损伤模型定义为延性断裂标准，并通过使用非线性有限元方法在屈曲塌陷分析中考虑损伤模型，我们试图估计板弯曲后的延性性裂缝的位置。结果，据估计，骨折部分（=靠近梁的材料）会发生裂缝，该部分在板块屈曲后偏转。在另一项研究中进行的僵硬面板的破碎测试中，还确认了这种裂缝的发生。在这项研究中，我们还开发了一种实用的流弹性塑料光束模型，用于预测船体梁波浪期间动态顺序塌陷响应。在2022财年，考虑到重复载荷的效果，将加强面板的平均应力平均应变关系引入了流动弹性塑料梁模型中。进行了使用集装箱船的案例研究，并表明大波在船体上的重复作用导致塑性变形积聚，从而导致垂直弯曲崩溃。