二维楔形体人水砰击的数值仿真

利用MSC．Dylran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

二维楔形体入水砰击的数值仿真

利用MSC.Dytran动力学软件研究了二维楔形体的入水砰击问题。建立了包含空气、水和楔形体的完全耦合的二维有限元模型,其中,流体域用Euler单元来模拟,结构部分用Langrange单元来模拟,采用一般耦合算法,同时计及重力的影响。本文分别对刚体等速入水和弹性楔形体初速度入水进行了数值计算,发现数值仿真的压力结果比理论值略微偏小,而自由液面的变化情况与试验和理论分析基本一致。结果还表明,不同冲击速度下流固耦合效应对弹性结构的动响应有着不同程度的影响。     

船体结构有限元建模中实体单元与板壳单元连接技术

船体有限元模型普遍采用板壳(shell)单元离散,而某些大厚度局部结构形状复杂,需采用实体(solid)单元模拟.在Patran软件中,对这2种单元进行简单的节点耦合会出现自由度不匹配的问题,进而导致求解错误,故对这2种单元的连接技术进行研究尤为必要.对变厚度对接平板进行全solid单元建模计算,通过与文献结果相对比,验证数值模拟的正确性;引入复合单元法、MPC-RSCCON和MPC-Rigid 3种连接技术,在不同载荷作用下对比分析结构响应;对各连接技术中的相关控制参数进行敏感性分析.结果 表明,3种方法在特定条件下均能较好地实现有限元模型中shell单元与solid单元的合理连接,其中MPC-Rigid的精度更高、操作更为方便,建议在船体结构有限元建模中采用MPC-Rigid进行shell单元与solid单元的连接.     

潜艇受撞数值仿真的附加质量模型

潜艇受撞有限元数值仿真计算时需要考虑流—固耦合作用的影响,可以直接采用流-固耦合模型计算,但需要花费巨大的计算时间,也可以采用附加质量模型,在不影响计算精度的前提下,可以大大减小计算时间,提高计算效率.文中分别采用增加密度和增加质量点单元质量的方法建立了两种潜艇受撞的附加质量模型,并进行了有限元数值仿真计算,通过与流—固耦合模型计算结果对比、分析,表明采用后一种方法建立的附加质量模型与流—固耦合模型的仿真计算结果比较接近,可作为潜艇受撞有限元数值仿真的计算模型.     

钦州某油码头沉箱内力数值分析

利用有限元分析软件ANSYS,对沉箱重力式码头在船舶荷栽作用下的沉箱静态力学性能进行数值分析.通过对比分析文革勒地基模型法和半无限弹性体法的计算结果,认为壳单元与体单元采用MPC接触方法,土体以弹簧来模拟的计算模型能够满足设计要求,建模简单,计算快捷,可供设计时使用.同时数值分析表明,在船舶荷载和贮仓压力作用下,沉箱立板内侧的竖向弯矩最大值发生在立板与底板的连接处,有必要对重力式孤立墩在船舶荷载作用下的沉箱进行空间结构计算.     

逆流沉排有限元数值模拟*

为研究逆流沉排过程中软体排受力特性,基于排布只能承受拉应力的力学特性和几何非线性变形特点,采用非线性壳单元Shell181模拟排布,建立软体排沉排非线性有限元模型,与悬链线理论计算结果对比,验证了模型的准确性。分析现有研究中简化混凝土块的建模方法对计算结果的影响,利用验证后的模型对改进施工工艺后的张家洲洲头逆流沉排过程开展非线性有限元数值模拟。结果表明,沉排时排垫最大拉力出现在两侧1 m范围内,排垫两侧4 m长度的横向加筋带能有效降低撕排风险;排布和加筋带的抗拉安全系数均大于2,排体位移较小,施工方案安全有效。     

切口节点疲劳试验及损伤演化仿真研究

针对经常出现切口的船体结构节点连接处这一疲劳严重部位设计了一种切口试件。采用试验和数值计算方法研究切口节点在恒幅(CA)疲劳载荷下的疲劳特性。首先进行切口试件系列疲劳试验得到典型工况下的疲劳寿命值;然后引入基于损伤力学理论建立疲劳损伤演化模型,推导模型的迭代公式,采用非线性拟合方法拟合试验数据,得到损伤演化模型的相关参数;最后采用用户子程序技术建立疲劳损伤与单元刚度耦合算法进行有限元分析并将仿真结果与试验得到的疲劳寿命进行对比。结果表明:采用损伤-刚度耦合的仿真方法的分析结果与试验结果符合较好。     

船舶撞击下的车—桥耦合系统动态响应分析

文章将"船桥碰撞"与"车桥耦合"联系在一起进行研究,建立了斜拉桥、轻轨和船舶的三维非线性精细有限元模型,研究了轻轨列车-斜拉桥动态耦合系统在船舶碰撞下的动态响应。数值模拟过程分以下四步:桥梁初始成桥状态模拟,轻轨列车—斜拉桥动态耦合模拟,船舶与桥梁的碰撞模拟和桥梁—火车—船舶相互作用模拟。桥梁初始状态及大变形通过更新拉格朗日法和共旋转推导法来实现。通过与平面杆系有限元模型的计算结果进行比较,证实了全三维有限元建模方法在车—桥动态耦合响应分析中应用的准确性。研究通过基于罚函数的动态接触方法来实现车—桥耦合和船舶的碰撞过程,采用递归谱二分法的并行计算技术来缩短计算时间,基于显式中心差分插值法来进行数值求解,该方法证明在分析车—桥—船之间的耦合动态响应是一种有效的技术,为设计阶段模拟桥梁的动态特性提供了有效手段。结果表明,当发生船—桥碰撞时,轻轨列车运行到主桥塔附近行车安全的影响最大。     

全海深载人潜水器厚观察窗结构的强度研究

全海深载人潜水器是当前海洋技术领域最有挑战性的深海装备之一,而锥台型观察窗的设计是全海深载人潜水器的技术难点。为了研究锥台型观察窗的结构参数和倒角对于应力和位移的影响,首先利用ABAQUS对文献记述的试验进行仿真,验证有限元模型的可靠性。然后建立带有两种边界条件的有限元模型,对比分析位移和应力的差异。最后研究锥角α、厚度直径比t/Di、摩擦系数μ和倒角对锥台型观察窗的位移和应力的影响。数值分析结果表明:有限元仿真数据比文献试验数据稍大,偏保守;自由边界时的轴向位移比固定边界时的大,更符合实际工程应用;3个设计参数与应力和位移均成反比,给出了锥角和厚度直径比的合理优化区间;在锥台型观察窗内侧面边缘处建立倒角有利于减小应力集中。     

一种航行体水弹道的数值仿真与试验研究

针对一种航行体复杂的水弹道特性,对流固耦合数值计算方法进行分析,并在此基础上采用MSC.DYTRAN有限元分析软件建立起航行体水弹道仿真计算模型,应用该模型计算得到航行体水中运动规律。研究了水弹道缩比试验相似准则及测试方法,开展多发次缩比试验获取了航行体水弹道特性。仿真计算和缩比试验结果的对比分析表明二者一致性较好,试验和计算方法能够为相似研究提供指导。     

I型金属夹层结构连接构件强度数值计算方法

激光焊接钢质夹层结构在国外已用于实船,其连接构件的强度特性是设计者关注的关键问题之一。应用有限元分析软件ANSYS,提出采用壳体连接技术和子模型法,对I型金属夹层结构的两种典型连接构件进行强度分析。通过与全部体单元模型计算结果进行对比,分析了多点约束、自由度耦合、约束方程和端面壳4种壳体连接方法和子模型法计算连接构件在面内、面外载荷作用下强度的计算精度。结果对比表明,在主模型网格划分合理的情况下,采用端面壳、壳—体多点约束的子模型法可取得较好的计算精度与操作简便性的平衡,同时,还可大大降低计算规模。     

含坑点腐蚀的深海耐压球壳有限元分析

对于含坑点腐蚀等局部缺陷的球壳结构,由于结构的不连续性以及缺陷部位应力状态的三维特性,因此很难用传统的连续介质理论及板壳理论进行求解。为了对含坑点腐蚀的球壳的强度、稳定性进行精确分析,文中分别采用坑点腐蚀壳体单元(Pitting Corrosive Shell Element,PCSE)、基于多点约束(Multipoint Constraint,MPC)的壳体单元-实体单元集成以及实体单元三种方法进行对比计算,对比结果表明,采用PCSE方法的计算效率最高,且计算结果的精度满足工程应用要求。最后,基于PCSE方法并通过方差分析,讨论了坑点腐蚀对球壳强度及稳定性的影响。     

I型金属夹层结构连接构件强度特性研究及灵敏度分析

在国外,激光焊接钢质夹层结构已用于实船,其连接构件的强度特性是尚待解决的关键问题之一.应用有限元分析软件ANSYS,研究2种典型连接构件的面外强度特性及灵敏度.计算中,为降低计算规模,采用MPC壳体连接和子模型分析技术;进行灵敏度分析时,为减少大量方案计算所需的繁琐人工操作,应用Matlab驱动ANSYS,以批处理方式的有限元分析计算各方案的响应值.计算结果显示,在普通焊接接头处存在一定的应力集中.在控制结构重量的条件下,若要降低接头的应力集中系数,对于内嵌方框型连接构件而言,增大连接构件长度和夹层端部面板长度最为有效,增大水平板厚度也有一定的作用;对于外接平板型连接构件而言,最有效的途径是增大连接构件的厚度,并选取合适的连接构件长度.     

钢夹层板数值模拟技术(英文)

Sandwich plate systems (SPS) are advanced materials that have begun to receive extensive attention in naval architecture and ocean engineering. At present, according to the rules of classification societies, a mixture of shell and solid elements are required to simulate an SPS. Based on the principle of stiffness decomposition, a new numerical simulation method for shell elements was proposed. In accordance with the principle of stiffness decomposition, the total stiffness can be decomposed into the bending stiffness and shear stiffness. Displacement and stress response related to bending stiffness was calculated with the laminated shell element. Displacement and stress response due to shear was calculated by use of a computational code write by FORTRAN language. Then the total displacement and stress response for the SPS was obtained by adding together these two parts of total displacement and stress. Finally, a rectangular SPS plate and a double-bottom structure were used for a simulation. The results show that the deflection simulated by the elements proposed in the paper is larger than the same simulated by solid elements and the analytical solution according to Hoff theory and approximate to the same simulated by the mixture of shell-solid elements, and the stress simulated by the elements proposed in the paper is approximate to the other simulating methods. So compared with calculations based on a mixture of shell and solid elements, the numerical simulation method given in the paper is more efficient and easier to do.     

深海载人潜水器有开孔耐压球壳的极限强度

钛合金制深海载人潜水器耐压球壳属中厚度壳结构,上面设有人孔、观察窗等多个开孔,加工建造过程中又会产生初始缺陷,因此,这类结构的极限强度乃是设计者所必须关注的问题.本文利用ANSYS软件对上述有开孔耐压球壳的极限强度进行非线性有限元分析,计算了局部缺陷范围及幅值的变化对壳体极限强度的影响.计算结果表明,有围壁加强的开孔耐压球壳与无开孔耐压球壳的极限强度相差不大.     

带大开口观察窗的球形耐压壳的稳定性分析

球壳的结构性能对缺陷很敏感。在实际工程问题中所制造的球壳模型由于带有几何上的不完善,其结构性能的分析相对无缺陷模型更为复杂。为研究带大开口球壳结构的稳定性,对冷冲压加工的带大开口的球壳进行了详细的几何测量,据此建立有限元模型,进行了包含接触面滑动、几何大变形、材料非线性等特性的屈曲分析,并用半经验公式对局部缺陷做了稳定性计算,由此得出一些可供设计使用的带大开口球壳结构性能的规律与结论。     

深海载人潜水器耐压球壳的非线性有限元分析

潜水器耐压球壳的稳定性是开发深海载人潜水器的关键技术之一,其球壳已达中厚壳范围,因此需考虑横向剪切变形的影响.本文基于非线性有限元方法,对大深度载人潜水器耐压球壳的非线性稳定性进行了研究,考虑了加工过程造成的不圆度、材料屈服引起的应变强化呈现的材料非线性、以及壳体整体屈服产生的塑性大变形而表现的几何非线性等因素的影响.计算表明,相同厚度耐压球壳的失稳临界压力随半径的增大而减少;球壳半径不变时,失稳临界压力则随厚度的增加而增大.文中给出了球壳失稳临界压力、厚度与直径的关系曲线,据此可选择潜水器耐压球壳的最佳几何尺寸.     

材料力学特性对球型耐压结构极限强度的影响

为了揭示材料主要力学性能对深海耐压结构极限承载能力的影响规律,本文以完整球壳为研究对象,采用非线性有限元方法,开展了材料力学特性变化对极限强度的影响研究。通过大量数值计算与归纳分析,得到了材料屈服强度和杨氏模量随厚径比变化对球壳极限强度的影响规律,研究发现随着厚径比的增加,材料刚度特性对结构极限强度的影响权重逐渐减少,屈服强度影响权重逐渐增加,在此研究基础上本文提出了一种考虑屈服强度变化的球壳极限强度计算新方法,为潜水器耐压结构选材与设计提供参考。     

背衬对多层材料吸声覆盖层的影响

根据波导有限元-传递矩阵法建立了背衬条件下的多层材料吸声覆盖层的理论模型并与仿真软件COMSOL建立的有限元模型对比证明模型有效。在COMSOL模型的基础上讨论了单层壳体背衬和双层壳体背衬条件下的覆盖层的吸声性能并比较了在双层壳体背衬条件下不同空腔结构的吸声性能。结果表明：单层壳体背衬条件下,随着钢背衬厚度增大,吸声波峰向低频移动但峰值变小;两层壳体的水层厚度增大,波峰向低频移动,波峰渐渐增多,峰值减小;在非耐压壳体厚度增大时,三种厚度情况下的吸声系数曲线大致相同说明外壳厚度对于吸声系数的影响很小;圆柱型空腔在低频表现稍好一些,而椭球型空腔在整体表现均好于其余两种情况。     

潜艇结构锥柱结合壳损伤容限研究

损伤容限与耐久性的结合体现了现代潜艇结构延长寿命、提高可靠性和降低维修成本的综合要求.损伤容限分析的关键问题是正确估算剩余寿命.本文以断裂力学为理论基础,通过对带有初始裂纹的潜艇典型焊接节点模型的剩余寿命有限元分析,将计算结果和试验结果相比较,考核剩余寿命有限元分析方法的可靠性,从而对有初始缺陷或裂纹的疲劳热点区域--潜艇锥柱结合壳进行剩余寿命有限元估算,在此基础上进行潜艇锥柱结合壳损伤容限研究.并对具有不同尺寸的初始裂纹结构的剩余寿命进行有限元分析,确定潜艇在交付使用和检修时的损伤容限尺寸.