I型金屬夾層結(jié)構(gòu)連接構(gòu)件強(qiáng)度特性研究及靈敏度分析

丁德勇，王虎，凌昊，何書(shū)韜

1海軍裝備部駐沈陽(yáng)地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽(yáng)110031 2中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

I型金屬夾層結(jié)構(gòu)連接構(gòu)件強(qiáng)度特性研究及靈敏度分析

丁德勇1，王虎2，凌昊2，何書(shū)韜2

1海軍裝備部駐沈陽(yáng)地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽(yáng)110031 2中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064

在國(guó)外，激光焊接鋼質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)已用于實(shí)船，其連接構(gòu)件的強(qiáng)度特性是尚待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS，研究2種典型連接構(gòu)件的面外強(qiáng)度特性及靈敏度。計(jì)算中，為降低計(jì)算規(guī)模，采用MPC殼體連接和子模型分析技術(shù)；進(jìn)行靈敏度分析時(shí)，為減少大量方案計(jì)算所需的繁瑣人工操作，應(yīng)用Matlab驅(qū)動(dòng)ANSYS，以批處理方式的有限元分析計(jì)算各方案的響應(yīng)值。計(jì)算結(jié)果顯示，在普通焊接接頭處存在一定的應(yīng)力集中。在控制結(jié)構(gòu)重量的條件下，若要降低接頭的應(yīng)力集中系數(shù)，對(duì)于內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件而言，增大連接構(gòu)件長(zhǎng)度和夾層端部面板長(zhǎng)度最為有效，增大水平板厚度也有一定的作用；對(duì)于外接平板型連接構(gòu)件而言，最有效的途徑是增大連接構(gòu)件的厚度，并選取合適的連接構(gòu)件長(zhǎng)度。

夾層結(jié)構(gòu)；連接構(gòu)件；強(qiáng)度特性；靈敏度分析

0 引 言

夾層結(jié)構(gòu)在國(guó)外實(shí)船中已有諸多應(yīng)用實(shí)例，I型金屬夾層結(jié)構(gòu)就是其中的一種［1-2］。該結(jié)構(gòu)的比強(qiáng)度高、抗沖擊性能好，可提高船體結(jié)構(gòu)性能，降低船體結(jié)構(gòu)重量。另外，其便利的加工方式還可縮短船舶建造的生產(chǎn)周期，降低制造成本［3］。目前，有關(guān)I型金屬夾層結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能的研究已經(jīng)成熟，亟待解決的是其連接形式的選取。連接構(gòu)件形式不僅影響船體結(jié)構(gòu)的組裝工時(shí)，也在一定程度上影響夾層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞等力學(xué)性能。已有多位學(xué)者對(duì)連接構(gòu)件的形式展開(kāi)過(guò)相關(guān)研究，但尚不充分。

Pyszko［4］和 Niklas［5］采 用 平 面 單 元 有 限 元 模型，分析了典型連接構(gòu)件在面內(nèi)載荷作用下的強(qiáng)度，并提出了面內(nèi)強(qiáng)度最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。但連接構(gòu)件面外強(qiáng)度的研究尚不充分。由于面外載荷作用，平面應(yīng)變的假定不再適用，因此需要采用三維有限元模型；為準(zhǔn)確計(jì)算焊接接頭處的應(yīng)力集中，還需考慮接頭處的局部細(xì)節(jié)；但如果按照普通的建模方法采用體單元有限元模型，模型計(jì)算量又會(huì)過(guò)于龐大。文獻(xiàn)［6］提出了采用MPC殼體連接和子模型的分析方法，可大大降低計(jì)算規(guī)模，并能保證良好的計(jì)算精度。

本文將應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS，采用文獻(xiàn)［6］提出的分析方法，考慮夾層結(jié)構(gòu)面板與連接構(gòu)件之間的接觸，研究面外載荷作用下連接構(gòu)件的強(qiáng)度特性，進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)焊接接頭處應(yīng)力集中系數(shù)的靈敏度分析。

1 I型夾層結(jié)構(gòu)連接構(gòu)件

傳統(tǒng)的船體甲板結(jié)構(gòu)由縱桁、橫梁和加筋板組成，而夾層甲板板架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是在傳統(tǒng)甲板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，沿用縱桁與強(qiáng)橫梁組成的強(qiáng)框架，將縱桁間（及縱桁與舷側(cè)之間）的加筋板結(jié)構(gòu)替換為夾層板格結(jié)構(gòu)［7-8］，如圖1所示。縱桁（或舷側(cè)）與強(qiáng)橫梁可以作為夾層板格結(jié)構(gòu)的剛性支持邊界。而在實(shí)際建造過(guò)程中，因I型夾層板格結(jié)構(gòu)是由激光焊接車(chē)間批量生產(chǎn)，其寬度有限，小于相鄰縱桁間距或縱桁與舷側(cè)的間距，因此需設(shè)計(jì)連接構(gòu)件，橫向連接夾層板格結(jié)構(gòu)［6］，如圖2所示。

圖1 夾層結(jié)構(gòu)在船體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的示意圖Fig.1 The application of sandwich panel in shipbuilding

圖2 I型夾層板格結(jié)構(gòu)連接示意圖Fig.2 Connection between sandwich panels

本文選取面內(nèi)強(qiáng)度較好的2種典型連接形式：內(nèi)嵌方框型和外接平板型，如圖3所示，其尺寸取值如表1所示。其中，I型金屬夾層板格結(jié)構(gòu)面板和腹板的連接在激光車(chē)間中采用激光焊接完成，I型夾層結(jié)構(gòu)與連接構(gòu)件的連接采用普通焊接在船臺(tái)上完成。

2 連接構(gòu)件面外強(qiáng)度分析

2.1 分析模型

本文取強(qiáng)橫梁與縱桁間寬2.2 m、長(zhǎng)1.5 m、含有連接構(gòu)件的夾層板格結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，強(qiáng)橫梁和縱桁作為其自由支持邊界，分析該結(jié)構(gòu)在面外均布載荷（取150 kPa）作用下的強(qiáng)度。考慮到模型和載荷的對(duì)稱(chēng)性，取1/4整體結(jié)構(gòu)作為分析對(duì)象（圖4（a）），施加適當(dāng)?shù)膶?duì)稱(chēng)邊界約束。

圖3 連接構(gòu)件及其主要設(shè)計(jì)參數(shù)Fig.3 Schema and main design parameters of sandwich panel joints

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及焊接接頭尺寸取值表Tab.1 The values of main design parameters and weld dimensions

在面外均布載荷作用下，夾層結(jié)構(gòu)面板與連接構(gòu)件之間會(huì)發(fā)生接觸。本文在連接構(gòu)件上、下定義了2個(gè)接觸對(duì)，如圖4（b）所示；采用面—面接觸方式，選取罰函數(shù)法，其優(yōu)點(diǎn)是不增加模型的自由度，且使方程的系數(shù)矩陣保持正定，從而降低求解的計(jì)算量［9］。上接觸對(duì)以連接構(gòu)件上表面件為接觸面，采用CONTA173單元，同時(shí)以?shī)A層結(jié)構(gòu)面板下表面為目標(biāo)面，采用TARGE170單元。下接觸對(duì)類(lèi)似。

圖4 全體單元有限元模型示意圖（以?xún)?nèi)嵌方框型連接構(gòu)件為例）Fig.4 The finite element model wholly meshed with brick element（taking the rectangular profile joint as example）

在I型夾層結(jié)構(gòu)與連接構(gòu)件的普通焊接接頭處存在著應(yīng)力集中。為準(zhǔn)確分析此處的應(yīng)力分布，在建模時(shí)，需考慮此處結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，采用Solid 45體單元模擬，如圖4（a）所示，接頭尺寸取值如表1所示（設(shè)計(jì)參數(shù)參考文獻(xiàn)［4，5，8］）。但如果整個(gè)結(jié)構(gòu)都采用體單元模擬，模型規(guī)模會(huì)過(guò)于龐大，總單元數(shù)可達(dá)200萬(wàn)量級(jí)，再考慮到夾層結(jié)構(gòu)面板與連接構(gòu)件之間的接觸非線(xiàn)性，其計(jì)算量會(huì)更加讓人難以接受。

本文采用文獻(xiàn)［6］提出的有限元分析方法，普通焊接接頭采用Ssolid 45體單元，普通焊接接頭以外的夾層結(jié)構(gòu)和連接構(gòu)件，以及激光焊接接頭均采用Shell 63殼單元（如圖5（a）所示，激光焊接接頭尺寸取值如表1所示），另外，在體單元模型與殼單元模型連接處，采用殼—體多點(diǎn)約束（MPC）的殼體連接方式。MPC是通過(guò)定義接觸（Bonded（always））的方法在殼端面創(chuàng)建接觸單元，在體表面創(chuàng)建目標(biāo)單元，從而建立殼單元邊緣端面節(jié)點(diǎn)和體單元端面節(jié)點(diǎn)之間的約束方程。

為進(jìn)一步降低計(jì)算規(guī)模，還采用了子模型法。子模型法是一種用于在模型局部取得更準(zhǔn)確結(jié)果的有限元分析技術(shù)［10］，即先通過(guò)網(wǎng)格較粗的整體模型的計(jì)算得到局部細(xì)節(jié)部分切割邊界處的線(xiàn)位移值，然后再以此線(xiàn)位移為邊界條件分析網(wǎng)格精細(xì)的局部模型的應(yīng)力分布。它可以減少甚至是取消有限元實(shí)體模型中所需的傳遞區(qū)域，可以根據(jù)分析的需要，將所研究部位的網(wǎng)格劃分得足夠細(xì)，同時(shí)又不至于耗費(fèi)過(guò)多的計(jì)算資源［9］。

圖5 殼體連接有限元模型Fig.5 The finite element model of shell-solid assembly

通過(guò)殼體連接方法連同子模型法的分析技術(shù)，計(jì)算規(guī)模可降低至全體單元模型的1/10，同時(shí)還能保證良好的計(jì)算精度。

2.2 面外強(qiáng)度分析

2.2.1 內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件面外強(qiáng)度分析

采用PCG求解器求解面外載荷作用下內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件的強(qiáng)度，結(jié)果如下：夾層板格結(jié)構(gòu)沿y向，即受載方向的最大變形為14.46 mm。上、下焊接接頭處均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中系數(shù)Kt（取連接構(gòu)件最大von Mises應(yīng)力與芯層腹板間夾層面板的x方向平均應(yīng)力的比值）分別為4.98和6.84，其von Mises應(yīng)力云圖如圖6所示。上、下接觸對(duì)的接觸應(yīng)力云圖如圖7所示，從中可見(jiàn)，由于垂向板限制了水平板的垂向線(xiàn)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，使得受載后水平板與夾層面板實(shí)際接觸的部分并不多，以致在一定程度上加劇了接頭處的應(yīng)力集中。

2.2.2 外接平板型連接構(gòu)件面外強(qiáng)度分析

采用類(lèi)似的方法求解外接平板型連接構(gòu)件的面外強(qiáng)度，結(jié)果如下：夾層板格結(jié)構(gòu)沿 y向，即受載方向的最大變形為12.06 mm。上、下焊接接頭處均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中系數(shù)Kt分別為6.14和6.01，其von Mises應(yīng)力云圖如圖8所示。上、下接觸對(duì)的接觸應(yīng)力云圖如圖9所示，從中可見(jiàn)，與內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件相比，連接構(gòu)件與夾層面板實(shí)際接觸的部分有所增加，應(yīng)力集中得到了一定的緩減。

圖6 面外載荷作用下內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件von Mises應(yīng)力云圖（比例1：1）Fig.6 The von Mises contours of rectangular profile joint under out-of-plane loading（scale 1：1）

圖7 面外載荷作用下內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件滲透量分布云圖（比例1：1）Fig.7 The penetration contours of rectangular profile joint under out-of-plane loading（scale 1：1）

圖8 面外載荷作用下外接平板型連接構(gòu)件von Mises應(yīng)力云圖（比例1：1）Fig.8 The von Mises contours of cover plate joint under out-of-plane loading（scale 1：1）

圖9 面外載荷作用下外接平板型連接構(gòu)件滲透量分布云圖（比例1：1）Fig.9 The penetration contours of cover plate joint under out-of-plane loading（scale 1：1）

3 靈敏度分析

為了尋求接頭處應(yīng)力集中系數(shù)低、質(zhì)量又不至于過(guò)大的設(shè)計(jì)方案，需研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)焊接接頭處應(yīng)力集中的影響規(guī)律。考慮到該模型的設(shè)計(jì)變量較多、關(guān)聯(lián)因素復(fù)雜等特殊性，為減少大量方案計(jì)算所需的繁瑣的人工操作，將通過(guò)APDL（ANSYS參數(shù)化建模語(yǔ)言）實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)化建模、高級(jí)處理技術(shù)和求解等操作；由Matlab驅(qū)動(dòng)ANSYS，以批處理的方式進(jìn)行有限元分析；將各設(shè)計(jì)參數(shù)取一定的間隔，計(jì)算所有參數(shù)搭配的設(shè)計(jì)方案的連接構(gòu)件的強(qiáng)度（以下分析中將僅列出更典型、更有實(shí)際工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案的曲線(xiàn)），并進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)接頭應(yīng)力集中的靈敏度分析［11-12］。為保證結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，將d2固定為0.5wc。

3.1 內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件

1）d3的影響規(guī)律。

取 t1=1.33tf，1.67tf；t2=0.75tc，1.25tc；d1=0.8d2。研究上、下接頭應(yīng)力集中系數(shù) Kt隨d3的變化規(guī)律，如圖10（a）所示。結(jié)果顯示，隨著d3的增大，下接頭的 Kt減小，上接頭的 Kt增大，二者的較大值減小。這是因?yàn)閐3越大，水平板越長(zhǎng)，與夾層面板的接觸面也更大，因而有利于緩減應(yīng)力集中，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體剛度也有所增加。對(duì)于t1，t2和d1的其他取值，也有相同的規(guī)律。

2）d1的影響規(guī)律。

取 t1=1.33tf，1.67tf；t2=0.75tc，1.25tc；d3=d2-Δ4（ 取 Δ4=5 mm）。研究上、下接頭 Kt隨d1的變化規(guī)律，如圖10（b）所示所示。結(jié)果顯示，隨著d1的增大，下接頭的 Kt減小，上接頭的 Kt增大，二者的較大值減小。這是因?yàn)閐1越大，夾層面板端部就越長(zhǎng)，與連接構(gòu)件的接觸面也就更大，有利于緩減應(yīng)力集中，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體剛度也有所增加。對(duì)于t1，t2和d3的其他取值，也有相同的規(guī)律。

圖10 取 t1=1.33tf，1.67tf，t2=0.75tc，1.25tc時(shí)d3和d1對(duì)Kt的靈敏度分析曲線(xiàn)Fig.10 The sensitivity analysis curves ofd3and d1toKtfor rectangular profile joint

3）t1的影響規(guī)律。

取 t2=0.5tc，0.75tc，1.00tc，1.25tc；d1=0.8d2；d3=d2-Δ4。研究Kt的最大值隨t1的變化規(guī)律，如圖11（a）所示。結(jié)果顯示，隨著t1的增大，Kt的最大值減小，當(dāng)t1達(dá)到某一值后，Kt的變化趨于平緩。這是因?yàn)殡S著t1的增大，接頭的局部剛度會(huì)顯著增加，但當(dāng)t1增大到一定程度后，接頭另一端的夾層面板剛度會(huì)相對(duì)變?nèi)酰瑥亩拗平宇^剛度的進(jìn)一步增大。對(duì)于t2，d1和d3的其他取值，也有相同的規(guī)律。

4）t2的影響規(guī)律。

取 t1=1.0tf，1.33tf，1.67tf；d1=0.8d2；d3=d2-Δ4。研究 Kt的最大值隨t2的變化規(guī)律，如圖11（b）所示。結(jié)果顯示，隨著t2的增大，Kt的最大值變化較小，只是略有增加。這可能是由于垂向板板厚的增加加劇了接頭處的應(yīng)力集中。對(duì)于t1，d1和d3的其他取值，也有相同規(guī)律。

圖11 取 d1=0.8d2，d3=d2-Δ4時(shí)t1和t2對(duì)Kt最大值的靈敏度分析曲線(xiàn)Fig.11 The sensitivity analysis curves oft1and t2toKtfor rectangular profile joint

基于上述靈敏度分析曲線(xiàn)，采用有限差分法求解了設(shè)計(jì)點(diǎn)處Kt和連接構(gòu)件重量對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度值，結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示：d3對(duì)Kt的影響不大，d1對(duì) Kt的影響較大，t1對(duì) Kt的影響最大，t2對(duì)Kt的影響最小；但d3和d1對(duì)結(jié)構(gòu)重量的影響很小，t2對(duì)重量的影響較大，t1對(duì)重量的影響最大；從單位重量增量對(duì)Kt的影響而言，d1最大，d1和t1次之，t2最小。因此，若要降低接頭處的應(yīng)力集中，又不至于使結(jié)構(gòu)重量過(guò)大，首先應(yīng)考慮在滿(mǎn)足工藝要求的前提下盡量增大d1和d3，其次考慮增大t1（當(dāng)t1過(guò)大時(shí)，Kt隨t1的降低幅度會(huì)減小），最后考慮在滿(mǎn)足垂向板自身穩(wěn)定性的前提下減小t2。

表2 內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件靈敏度分析結(jié)果Tab.2 Results of Sensitivity Analysis for rectangular profile joint

3.2 外接平板型連接構(gòu)件

1）d1的影響規(guī)律。

取 t3=1.0tf，1.33tf，1.67tf；d4=2.2d2。研究上、下接頭應(yīng)力集中系數(shù)Kt隨d1的變化規(guī)律，如圖12所示。結(jié)果顯示，隨著d1的增大，上、下接頭Kt的變化均較小，略有下降。這是因?yàn)閐1越大，夾層面板端部就越長(zhǎng)，同時(shí)結(jié)構(gòu)剛度會(huì)稍增加。對(duì)于t3和d4的其他取值，也有相同的規(guī)律。

圖12 d4=2.2d2時(shí)上、下接頭d1對(duì)Kt的靈敏度分析曲線(xiàn)Fig.12 The sensitivity analysis curve ofd1to Ktfor cover plate joint

2）d4的影響規(guī)律。

取 t3=1.0tf，1.33tf，1.67tf；d1=0.95d2。研究上、下接頭 Kt隨 d4的變化規(guī)律，如圖13（a）所示。結(jié)果顯示，隨著d4的增大，上接頭的Kt一直減小，下接頭的Kt先減小至某一極小值后再增大，二者的較大值是先減小至某一極小值（將此極小值記為Ktmin，對(duì)應(yīng)d4的記為d4opt）后再增大。這是因?yàn)閐4越大，連接構(gòu)件就越長(zhǎng)，焊接接頭會(huì)遠(yuǎn)離激光焊接接頭1（圖3（a）），從而有利于緩減應(yīng)力集中，同時(shí)，其結(jié)構(gòu)剛度也會(huì)相應(yīng)增大。但d4若過(guò)大，普通焊接接頭靠近激光焊接接頭2，就會(huì)加劇應(yīng)力集中。對(duì)于t3和d1的其他取值，也有相同的規(guī)律。

3）t3的影響規(guī)律。

取 d1=0.95d2；d4=1.3d2，1.6d2，2.2d2。研究上、下接頭的 Kt最大值隨t3的變化規(guī)律，如圖13（b）所示。結(jié)果顯示，隨著t3的增大，Kt減小，當(dāng)t3達(dá)到某一值后，Kt的變化趨于平緩。這是因?yàn)殡S著t3的增大，接頭的局部剛度會(huì)顯著增大。但當(dāng)t3增大至一定程度后，接頭另一端的夾層面板剛度會(huì)相對(duì)變?nèi)酰瑥亩拗平宇^剛度的進(jìn)一步增大。對(duì)于d1和d4的其他取值，也有相同的規(guī)律。

圖13 d1=0.95d2時(shí)d4和t3對(duì)Kt的靈敏度分析曲線(xiàn)Fig.13 The sensitivity analysis curves ofd4and t3toKtfor cover plate joint

基于上述靈敏度分析曲線(xiàn)，采用類(lèi)似的方法，研究設(shè)計(jì)點(diǎn)處Kt和連接構(gòu)件重量對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度值，結(jié)果如表3所示。結(jié)果顯示：d1對(duì)Kt的影響不大，d4對(duì) Kt的影響較大，t3對(duì) Kt的影響最大；但d1和d4對(duì)結(jié)構(gòu)重量的影響很小，t3的影響很大；從單位重量增量對(duì)Kt的影響而言，d4和t3的作用相當(dāng)，d1很小。因此，若要降低接頭處的應(yīng)力集中，又不至于使結(jié)構(gòu)重量過(guò)大，應(yīng)首先考慮增大t3（當(dāng)t3過(guò)大時(shí)，Kt隨t3的降幅也會(huì)減小）并選取合適的d4，然后再考慮增大d1。

表3 外接平板型連接構(gòu)件靈敏度分析結(jié)果Tab.3 Results of sensitivity analysis for cover plate joint

靈敏度分析的結(jié)果可為連接構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供一定的參考作用，對(duì)I型金屬夾層結(jié)構(gòu)在船體上的應(yīng)用也有一定的促進(jìn)作用。

4 結(jié) 論

本文采用MPC殼體連接連同子模型的分析技術(shù)，研究了面外載荷作用下2種典型連接構(gòu)件的強(qiáng)度特性，進(jìn)行了設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)接頭應(yīng)力集中系數(shù)的靈敏度分析，得出如下結(jié)論：

1）在面外載荷作用下，連接構(gòu)件普通焊接接頭處存在一定的應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)有一定的影響。

2）對(duì)于內(nèi)嵌方框型連接構(gòu)件，在控制結(jié)構(gòu)重量的條件下，若要降低接頭處的應(yīng)力集中，應(yīng)首先考慮盡量增大連接構(gòu)件的長(zhǎng)度和夾層端部面板的長(zhǎng)度，其次考慮適當(dāng)增大連接構(gòu)件水平板的厚度，最后再考慮減小連接構(gòu)件板垂向板的厚度。

3）對(duì)于外接平板型連接構(gòu)件，在控制結(jié)構(gòu)重量的條件下，若要降低接頭處的應(yīng)力集中，應(yīng)首先考慮適當(dāng)增大連接構(gòu)件的厚度并選取合適的連接構(gòu)件長(zhǎng)度，然后再考慮增大夾層端部面板的長(zhǎng)度。

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Strength Property and Sensitivity of I-Core Steel Sandwich Panel Joints

DING Deyong1，WANG Hu2，LING Hao2，HE Shutao2

1 Shenyang Military Representative Department，Naval Armament Department of PLAN，Shenyang 110031，China 2 China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

The laser welded steel sandwich structure has already been used overseas in real ships，where the strength of jointing elements between sandwich panels is one of the key design parameters.In this pa?per，the out-of-plane strength property and the sensitivity of two typical joints are studied using ANSYS.In order to reduce the computing scale，MPC shell-solid assembly and the sub model method are incorpo?rated into the finite element model.Also，to simplify the cumbersome manual operation needed for the com?putation of various design proposals，the Matlab complier is employed to drive ANSYS，allowing the re?sponse to every proposal to be calculated in the batch mode through finite element analysis.It is observed that stress concentration exists around the common welded joints；thus，with acceptable structural mass，several measures are proposed to decrease the corresponding stress concentration factor.Specifically，for joints with rectangular profiles，the most effective way is to largely increase the joint length as well as the end length of sandwich panels.Besides，increasing the horizontal plate thickness also has certain effects.Similarly，F(xiàn)or cover plate joints，the joint thickness should be increased properly，and the joint length should be chosen carefully.

sandwich panel；joint；strength property；sensitivity analysis

U661.43

A

1673－3185（2014）02－22－08

10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.005

http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1673-3185.2014.02.005.html

期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

2013－06－14 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014-3-31 16:32

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心研發(fā)基金資助項(xiàng)目

丁德勇（1973－），男，工程師。研究方向：船舶工程

王虎（1986－），男，碩士，助理工程師。研究方向：船體結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。E-mail：san-hu@qq.com

何書(shū)韜（1981－），男，博士，工程師。研究方向：船舶與海洋工程

王虎

［責(zé)任編輯：盧圣芳］