某型舰船危险部位结构可靠性分析

在响应面随机有限元法和结构可靠性理论的基础上,利用有限元软件Ansys建立某型舰船开口结构的梁板模型,采用改进的一次二阶矩法与分枝限界法、概率网络评估技术分析了开口结构在组合载荷作用下的可靠性。以结构的最危险点应力为输出变量,通过敏度分析忽略最大应力不敏感的变量拟和响应面方程。利用随机有限元和CAE软件结合开展结构系统的可靠性研究,避免了大型结构寻找失效模式的困难,使可靠性分析的效率得到极大提高。     

响应面分析法在结构优化中的应用

舰船结构的优化是指舰船在设计时满足强度、刚度、韧性等各方面的设计标准,同时结构具有较高的可靠性和较小的质量,降低生产成本,延长结构的使用寿命。响应面分析法是一种在多变量非线性优化方面广泛应用的分析方法,该方法具有较高的收敛性。本文应用响应面分析法,结合三维建模软件和有限元分析软件Ansys研究了舰船局部结构的优化问题。     

基于响应面函数的摄动随机有限元方法研究

针对随机结构问题,根据现有方法的优缺点,将响应面法和摄动随机有限元相结合。考虑结构载荷参数、材料参数和几何参数,结构的响应面近似函数采用步进回归分析技术被确定了,其中抽样方法为中心指数法,并利用摄动法推导出结构随机响应的中心矩表达式。以燃气涡轮叶片为例,计算出叶片的随机响应变量中心矩,及响应变量相对于输入变量的灵敏度,并分别与直接响应面法、直接 Monte-Carlo 模拟方法的计算结果对比。结果表明,该方法适用于结构相对复杂的模型,计算结果精度较高,计算速度较快。     

基于晌应面法的带肋圆柱壳结构强度可靠性分析

文章首先介绍了响应面法的基本原理,在有限元结构分析的基础上应用响应面法建立了带肋圆柱壳结构的强度失效方程,并将响应面法与一次二阶矩法相结合,解决了参数的当量正态化和独立化问题,最后应用此理论对带肋圆柱壳结构的强度进行了可靠性分析。计算结果表明,基于响应面法的一次二阶矩法具有较好的计算精度。     

基于ANSYS的高桩墩式码头可靠度分析

利用ANSYS有限元分析软件自带的概率设计系统(PDS)中的响应面法,对某一实际工程中的高桩墩式码头进行了三维有限元分析,得到结构的响应面方程。再利用Matlab软件结合验算点法(JC法),通过迭代搜寻验算点,最终求得了结构在各项外部荷载及其自身重力作用下的结构可靠性指标。由于结构的极限状态方程未知J,C法无法正常使用。根据ANSYS中响应面法的计算原理,采用了一种新的方法将上述荷载正态当量化。此外,还进行了高桩墩式码头可靠度的敏感性分析,得到了敏感性因素。计算结果与实际情况符合较好,可为高桩墩式码头的结构设计校核提供参考依据。     

船舶结构优化新方法——基于考虑敏感性的缩放有限元法

文中研究了大开口船舶结构的优化设计过程,借助用于应力研究的缩放有限元方法,以期达到减少计算工作的目的。为了处理缩放区域中结构各部分的设计变量的影响,利用设计变量的敏感性来计算缩放有限元分析的边界条件。从整体分析到缩放分析中使用不同的网格形式是可能的;同时要检验优化过程中网格精度带来的影响。研究结果表明,应力分析的精度提高了,这导致更为合理的船舶结构优化。     

基于PLAXIS 的板桩结构非线性有限元分析

利用岩土工程有限元软件PLAXIS对某板桩码头模型进行非线性有限元分析,得出板桩的变形、板桩的弯矩和剪力分布、桩周的土压力分布;并分析荷载作用下板桩墙后的地基土的沉降和应力状况。与弹性线法和m法的计算结果进行对比和分析,验证了PLAXIS软件的精确性和可靠性,说明用PLAXIS软件求解板桩结构的合理性。     

集成上层建筑复杂开口群理论研究

以船舶集成上层建筑复杂开口群结构为研究对象,对多种可能开口方案进行有限元分析计算。详细讨论开口尺寸、开口间距与上层建筑壁板和加筋骨材峰值应力关系。参考典型船体结构局部应力计算经验公式形式,利用最小二乘法,拟合了加筋壁板及骨材峰值应力部分经验公式。此外,讨论设备重力和摇摆惯性力对结构峰值应力的影响。结果表明,利用典型船体结构局部应力计算经验公式形式能有效实现复杂开口群峰值应力经验公式拟合;设备重力及摇摆惯性力对开口群结构峰值应力影响不大。     

甲板舷侧大开口结构应力集中分析及钢模试验

在粗网格有限元模型计算结果的基础上,建立了某船甲板舷侧大开口高应力区局部细化的舱段有限元模型,并利用有限元软件MSC.Nastran对其应力集中现象进行了分析。基于材料分段线弹性假设,对该船甲板舷侧大开口结构有屈服点出现后,角隅区域的应力分布和塑性区扩展规律进行弹塑性有限元计算,并开展了甲板舷侧大开口钢质模型试验,试验结果验证了弹塑性有限元计算结果的准确性。本文的研究成果对于大型船舶甲板舷侧大开口这类特殊结构的强度衡准制定以及局部结构优化设计具有重大的参考价值。     

随机波浪载荷作用下导管架平台动力响应及疲劳可靠性分析

主要针对波浪载荷作用下导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性进行研究.采用Airy线性波浪理论,将导管架结构离散成空间梁有限单元结构;在此基础上采用结构模态分析方法,编程计算了平台结构在随机波浪载荷作用下的位移、速度、加速度和应力随机响应及其概率统计量.导管架结构疲劳可靠性分析建立在频域响应的基础上,假设结构响应的应力范围服从Rayleigh分布,利用结构应力传递函数得到结构应力响应谱,然后利用Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳寿命的概率分布函数,并考虑结构疲劳强度影响系数的随机性,求得结构在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠性指标.文中所建立方法可用于导管架式平台结构的疲劳安全评估.     

满足稳定性的船舶板架结构的可靠性分析

以I型截面为例，考虑屈服应力和外载荷为随机变量，并满足稳定性条件下，对板架结构进行可靠性分析。采用随机有限元法求解非线性安全余量可靠性指标及失效模式间的相关关数，为满足稳定性的板架结构的可靠性分析提供一个合理方法。最后，通过板架结构的可靠性算例，说明分析的有效性。     

纵向弯矩下材料随机特性对复合材料船体可靠性的影响

The effects of stochastic characteristics of materials on the reliability of ship hulls made of composite materials under longitudinal moment were extensively studied using reliability and sensitivity calculations of a composite ship hull which was sagging.The reliability indices and failure probabilities of the ship in three kinds of failure modes (buckling,material failure,and ultimate collapse) were calculated by the surface response method and JC method.The importance factors of random variables in stochastic models,such as the model errors in predicting the ultimate longitudinal strength of ship and the longitudinal bending moment that the ship withstands,as well as the stochastic characteristics of materials in the models used,were calculated.Then,the effects of these random variables,including the stochastic characteristics of materials on the reliability index and the failure probability of ships which were sagging,were discussed with their importance factors.The results show that the effects of stochastic characteristics of materials on the reliability of ship hulls made of composite materials should be considered during the reliability assessment of composite ships.Finally,some conclusions and recommendations were given for high-speed ship design and safety assessment.     

Experimental and numerical investigations on vibration characteristics of a loaded ship model

In this paper, vibration characteristics of the structure in the finite fluid domain are analyzed using a coupled finite element method. The added mass matrix is calculated with finite element method (FEM) by 8-node acoustic fluid elements. Vibration characteristics of the structure in finite fluid domain are calculated combining structure FEM mass matrix. By writing the relevant programs, numerical analysis on vibration characteristics of a submerged cantilever rectangular plate in finite fluid domain and loaded ship model is performed. A modal identification experiment for the loaded ship model in air and in water is conducted and the experiment results verify the reliability of the numerical analysis. The numerical method can be used for further research on vibration characteristics and acoustic radiation problems of the structure in the finite fluid domain.     

复合材料帆船桅杆强度可靠性分析

针对帆船桅杆失效事件,基于船舶领域可靠度理论,对复合材料帆船桅杆的可靠度进行计算。建立复合材料帆船桅杆的有限元模型,对某一铺层方案进行强度校核。基于可靠性理论,采用JC法和Matlab软件对复合材料帆船桅杆的强度可靠性进行分析,最终得到复合材料桅杆的可靠性指标。该研究能避免传统强度校核采用的确定性方法不能保证结构每个位置在一定概率下都是安全的缺点,对复合材料桅杆的结构可靠性研究具有一定的参考价值。     

大开口深拖母船全船强度有限元分析

某深拖母船为实现作业功能，在船舯位置设有上下贯通的大开口结构，该结构特性会严重削弱目标船的总纵强度和弯扭强度，因此在针对该开口区域进行详细设计后，还有必要采用全船结构有限元分析方法来评估结构强度和变形水平。通过设计波法得到波浪载荷，计算全船在各种工况下结构的应力、变形结果，总结出该船型的受力特点，并结合全船结构强度直接计算结果，选取的典型节点进行疲劳强度评估，得到各个典型节点的疲劳寿命。计算结果对目标船的结构优化具有参考意义。     

加载船模振动特性的数值与实验研究（英文）

In this paper, the vibration characteristics of the structure in the finite fluid domain are analyzed using a coupled finite element method. The added mass matrix is calculated with finite element method(FEM) by 8-node acoustic fluid elements. The vibration characteristics of the structure in the finite fluid domain are calculated combining structure FEM mass matrix. By writing relevant programs, the numerical analysis on vibration characteristics of a submerged cantilever rectangular plate in finite fluid domain and loaded ship model is performed. A modal identification experiment for the loaded ship model in air and in water is conducted and the experiment results verify the reliability of the numerical analysis. The numerical method can be used for further research on vibration characteristics and acoustic radiation problems of the structure in the finite fluid domain.     

大型邮船房舱门窗开口结构的起浮过程变形监测

为排除大型邮船房舱门窗开口结构发生变形的可能性，需要开展变形监测。在大型邮船船体结构完工后的全船起浮过程中，运用高精度激光跟踪仪，对房舱门窗开口结构进行起浮过程变形监测。测量并收集起浮过程不同阶段的房舱门窗开口结构三维坐标数据，经分析对比，掌握房舱门窗开口结构起浮过程变形情况，为大型邮船的结构设计和建造的可靠性与安全性提供数据支撑。     

船体梁静水载荷效应统计预报

船体梁静水剪力、弯矩等是由装载状态决定的载荷效应。营运船舶装载记录表明，实际装载状态具有不确定性，由此导致载荷效应发生变异，其统计特性可利用回归公式或随机模拟原理进行估算或预报。通过对油船、散货船、滚装船及集装箱船约2000种随机工况所作的统计分析，表明其静水弯矩等随装载偏差的变化近似于正态分布律，并具有比船体中剖面模数或钢材屈服极限更为显著的变异性。在船舶结构可靠性分析或理性设计中，合理估算并预报这种及异性是必要的。     

复合材料船体纵向极限强度可靠性分析

把船体甲板或船底板结构视为是一系列加筋板单元的组合，然后利用复合材料梁柱理论计算船体加筋板单元构件的极限承载能力，最后用Smith法计算复合材料船体的极限承载能力。由于复合材料船体纵向极限强度的极限状态方程不能简单地用船体各参数显式表达，故将近年发展起来的响应面法与JC法相结合，对复合材料船体纵向极限强度进行了可靠性分析。并讨论了影响船体纵向极限强度可靠性各变量的敏感性。     

前缘引流对船舶阻力及伴流分布的影响

针对一双艉无球艏的中速船,采用SIMPLEIC算法和SSTk-ω湍流模型对原型和开孔引流模型进行数值模拟计算,探讨不同开孔形状、开孔尺寸和出流位置对船舶艉部流场特性和阻力的影响规律。计算结果表明：开孔引流在本船上未能实现有效减阻,但不同开孔参数下阻力变化规律明显;引流对船舶艉部流场分布影响显著,改善了艉轴处伴流场分布,对提高螺旋桨推进效率有益。