かしめ隔壁の解析検証：かしめ隔壁とバルブ補強隔壁の実規模試験に関する研究

補強材が溶接された薄い鋼板は、高い強度対重量比が重要な船舶構造に広く使用されています。米国の従来の隔壁の構造では、バルブ、アングル、または T 型防撓材が広く使用されています。最近、General Dynamics NASSCO (GD NASSCO) は、船舶の設計、建造、およびライフ サイクル メンテナンスの全体的なコストを削減するために、スエージ加工されたバルクヘッドを非耐荷重コンポーネントとして使用することを研究しました。耐荷重構造コンポーネントとしてのアプリケーションを調査するには、設計ガイドラインを開発できるように、実験的研究と分析的研究の両方を実施する必要があります。このような設計指針を策定する本研究プロジェクトのフェーズ1では、本格的な実証実験を行った。
合計 12 の実物大の試験片の 6 セットの隔壁 - 3 つのスチール (DH36) と 3 つのアルミニウム (A5083-H116) - が Marinette Marine Corporation によって製造され、テストのために UCSD に出荷されました。各セットには、従来のバルブ強化バルクヘッド 1 つとスエージ加工バルクヘッド 1 つが含まれていました。鋼製バルブ補強隔壁は、ABS (American Bureau of Shipping) 規則に基づいて GD NASSCO によって設計されました。一方、スエージ加工された隔壁は、弱軸周りの慣性モーメント (Ixx) がバルブ補強隔壁と同じになるように設計されました。同じ Ixx を確保するために、同様のアプローチがアルミニウム バルブの補強およびスエージ加工されたバルクヘッドの設計にも適用されました。
1 セットのスチールと 1 セットのアルミニウムの試験片を、垂直方向の圧縮で破損するまでテストしました。鋼の試験片は最初にプレートの座屈を経験し、続いて最大荷重に達したときにプレートに起因する全体的な座屈が発生しました。鋼の試験片は、軸方向の弾性剛性に 16% の差があり、スエージ加工された試験片は、バルブの試験片よりも 36% 高い圧縮強度を示しました。アルミニウム試験片も弾性剛性に 12% の差を示しましたが、スエージ加工されたバルクヘッドは、バルブが硬化したものと比較して最大強度が 63% 増加しました。また試験では、バルブ補強材のねじり剛性が低い結果としての補強材のトリップが、隔壁の座屈時に強度の大幅な低下 (60% の損失) を引き起こすことも示されました。
アルミニウム試験片の 1 つのセットは、横方向の負荷 (せん断) の下で破損するまでテストされました。バルブ硬化試験片は、圧縮ゾーンでの補強材のトリップにより破損しました。スエージ加工されたバルクヘッドは、溶接の失敗により早期に失敗したため、最大強度を比較できませんでした。しかし、スエージ加工されたバルクヘッドの弾性剛性は、バルブ補強されたバルクヘッドの弾性剛性よりも 11% 高かった。
1 セットのスチールと 1 セットのアルミニウムの試験片を低荷重レベルで試験して、面外弾性剛性を評価しました。テストでは、スエージ加工された隔壁の弾性剛性が、バルブで補強された隔壁よりも約 17% 高いことが示されました。
フェーズ III の目的は、スエージ加工されたスチール パネルのせん断強度と剛性に対する穴の開口部とキャビネットの取り付けの影響を評価することでした。単調ラッキングせん断試験は、3 つの実物大の試験片で実施されました。結果は、予想通り、穴の開口部が、スエージ加工されたパネルの極限横方向強度と弾性剛性の両方を低下させることを示しました。電気キャビネットの取り付けによる横方向の強度と剛性への影響は最小限でしたが、座屈後の領域での強度低下率はより緩やかでした。このフェーズの試験結果とフェーズ II の 1 つの試験片を比較すると、最大横方向強度は、座屈の方向と鋼の実際の降伏応力によって大きく影響を受ける可能性があることが示されました。この仮定を確認するには、非線形有限要素パラメトリック研究を含むさらなる研究が必要です。