海洋工程结构物碰撞失效准则探讨

2012-01-22，

船海工程 2012年2期

，

(德国劳氏船级社未来船舶技术咨询，上海 200020)

在当今的非线性有限元模拟仿真领域，V-M等效应变εeff普遍地被用作为失效应变准则[1]

(1)

在动力显式分析中，程序按照增量理论计算单元的塑性应变，通过式(1)来衡量结构的变形是否超出了预设的范围，当应变超出了设定的失效应变值时，单元就会自动失效，不再参与有限元分析。该失效准则有两个显著的特点：①综合考虑的三个主应变对单元失效的影响；②由于Von-Mises应力和应变是从能量角度推导出来的，因此没有方向性，无法区分结构承受的载荷是拉应力还是压应力，当单元的V-M等效应变达到预设值时，单元就会失效。

由此可见，结构受拉还是受压对V-M等效应变准则是没有区别的，但是在实际工程中，结构受载形式的不同却会对其强度和稳性有着至关重要的影响。以单轴拉伸压缩试验为例，对于低碳钢这种弹塑性材料，其受拉时分为明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段，其抗拉极限强度很容易测出。而当其受压时，试件越压越扁，曲线不断上升，得不到材料的抗压极限强度。对于铸铁这种典型的脆性材料，其抗压极限是抗拉极限的5～6倍。所以通常情况下钢材的破坏是因为受拉导致的，大部分情况下受压只会导致结构的失稳。因此，V-M失效准则不能真实地描述复杂应力状态下的结构失效。为此，考虑应用理论上可行的厚度应变准则来代替V-M失效准则。