环肋圆柱壳径向挠度测试新方法

对水下航行器加肋圆柱壳的受力及挠度变形规律进行研究,提出一个利用应变作为媒介测试服役中水下航行器壳板挠度的新方法。该方法通过在圆柱壳周向布置若干个应变传感器,即可由壳体应变获得壳体的径向挠度。设计验证挠度测试新方法的数值试验模型及方法,应用经典解析理论验证了数值试验模型的可靠性及方法的适用性;利用数值试验模型对所提出的挠度测试新方法进行"数值试验"验证。结果表明,利用该方法获得的目标数据具有较好的精度,能克服当前船厂常用挠度测试方法仅能在船台操作、需固定基准点和测量精度较低的局限性,特别适用于服役中水下航行器结构健康监测、安全评估所需的在线挠度测试。     

基于Weld-sta软件的船体结构焊接变形预测

预测船体复杂结构的焊接变形对制造工艺设计和精度控制具有重要的工程价值.基于固有应变理论,利用船体结构焊接变形预测专用软件Weld-sta对多用途船双层底结构焊接变形进行了预测,发现船长方向收缩最大变形量为13.2mm,船宽方向最大变形量14.5 mm.通过数值模拟结果与实验实测值的对比,可以得到软件计算的精度超过80%,验证了固有应变理论及软件用于焊接变形预测的可靠性,并在此基础上针对船体总段船台合拢的焊接变形进行了预测,发现焊接总收缩变形量为50.339 mm,与实际加工经验基本吻合.根据此结论可以针对各船体总段预留合理的焊接变形收缩量,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元预测法在船体总段合拢焊接中应用的可行性.     

船舶模型在波浪下的崩溃数值仿真及试验

大波浪因具有巨大波高而会造成船体结构崩溃失效,甚至断裂,准确预报船体结构在波浪下的非线性动态强度已成为船舶结构新的研究方向。提出一种结合三维势流理论和非线性有限元的数值仿真方法,预报船体结构在波浪下的非线性动态强度,三维势流理论用于计算波浪载荷,非线性有限元用于计算船体结构的弹塑性和屈曲变形。为验证数值仿真方法的准确性,开展能在水池条件下产生结构性崩溃的船体模型试验。该模型由左右两端的刚性船体和舯部的屈曲铰结构组成,能在水池波浪的作用下产生崩溃行为,通过屈曲铰结构的崩溃模拟船体梁的弹塑性特征。模型试验重点测试屈曲铰的大转角变形,并对屈曲铰开展四点弯曲试验和仿真,得到屈曲铰的转角与非线性弯矩的关系,进一步转换获得模型的非线性弯矩。结果表明:数值仿真的转角曲线和弯矩曲线与模型试验的结果均有一定的吻合性,经模型试验验证的数值仿真方法可用于评估船体结构在波浪下的非线性动态强度。     

流固耦合的船舶结构强度分析

常规方法构建船舶结构有限元模型时,对模型施加的流场绕流压力不充分,导致结构应力应变数值模拟精度较差。针对这一问题,设计流固耦合的船舶结构强度分析方法。建立船舶有限元模型,网格划分船体和流体区域,计算船体波浪水槽参数,模拟船舶航行的绕流场,导入绕流场动压力和静压力,施加流场载荷给船体结构,得到不同受力情况下的应力应变,确定结构强度。设置对比实验,结果表明,设计方法相比常规方法,减少船舶结构最大变形、最大应力值的数值模拟误差,对结构强度的判断更为准确。     

基于角速率匹配法的船体变形实船测量技术研究

针对船体变形测量技术大多处于理论仿真的局限性,提出了基于实船试验的船体变形测量技术,考虑到测量速度的需要及静态变形角缓慢变化的特征,推导了基于角速率匹配法"准静态"模型。采用Kalman滤波技术对Mochalov模型和"准静态"模型下的变形角进行了估计,从实船试验的角度验证了船体变形的产生原因,拓展了"准静态"模型适用范围,进一步分析了舵操作对船体变形角的影响。试验结果表明,"准静态"变形角对缓变静态变形角跟踪效果良好,提高了静态变形角的测量精度,为光纤陀螺船体变形测量技术的实际应用奠定了坚实的基础。     

一种基于惯性匹配的船体姿态基准传递方法

船体变形角的存在是造成船体局部姿态基准失准的根本原因。本文基于惯性姿态匹配法,提出一种抑制船体变形影响、实现高精度姿态基准传递的方法。首先对光学设备测得的船体变形角数据进行频域分析,实现船体变形角高精度建模。然后利用中心主惯导和船体局部捷联惯导的姿态输出构建卡尔曼滤波方程,实现船体变形角的实时高精度估计。最后仿真验证了船体变形角建模方法和姿态匹配算法的可行性,为船体局部高精度姿态信息获取提供理论参考。     

利用视觉技术在线检测船体变形缺陷方法

传统船体变形缺陷检测方法存在微变形缺陷识别误判问题,导致船体轻微变形区域无法在线瞬态识别,影响在线检测效果。为此,提出利用视觉技术在线检测船体变形缺陷方法。通过引入视觉技术,对船体结构进行扫描,建立船体结构变形模型;根据模型输出参量,利用粒子群算法对参量进行结构识别。最后,通过对结构体挠度计算确认变形位置,完成对船体变形缺陷的在线检测。通过与传统变形检测方法的对比,证明提出方法的高效性与准确性。     

船体结构焊接变形预测与控制技术研究进展

船体结构的焊接变形控制是精度造船的重要组成,对于提高舰船质量、缩短造船周期等方面具有重要意义。本文论述了船体结构焊接变形预测与控制技术的研究进展在船舶行业的应用情况,讨论了焊接变形预测的各种数值仿真方法及其特点,重点阐述了热弹塑性有限元法和固有应变法在船舶行业的应用前景,介绍了控制焊接变形的各种措施,推动精度造船技术在船厂的应用。     

冲击载荷作用下船体变形的数值模拟研究

为了提高船体在冲击载荷作用下的刚度和强度,从而应用在船体的强化设计中,研究冲击载荷作用下船体变形的数值模拟方法,提出基于连续体模型应力评估的船体变形的数值模拟模型,进行船体变形的应力屈服力学分析,建立在冲击荷载下的船体变形的延性断裂行为学模型,采用断裂韧度的规则化测试方法进行船体变形的数值模拟,结合连续体模型应力评估方法进行船体变形的机械强度分析和屈服响应评估,实现船体变形关联约束参量的准确评估和数值模拟。仿真测试表明,采用该方法进行冲击载荷作用下船体变形的数值模拟的精准度较高,通过准确模拟船体变形应力参数进行机械强度设计,改善船体抗冲击载荷能力。     

超规范散货船船体结构总纵强度有限元分析

对"超规范船舶"总纵强度的校核,规范上的经验公式及常规计算方法已不再适用。以某超规范散货船为例,采用全船有限元分析方法,利用SESAM软件建立水动力模型进行波浪预报并导出设计波,利用MSC.PATRAN建立全船结构有限元模型并施加设计波载荷、货物载荷等对船体结构总纵弯曲强度进行了计算评估。计算结果表明结构应力在许用范围内,且该方法能够准确地反映船体结构的变形和应力分布情况。设计者可以针对高应力区域进行局部加强,这对"超规范船舶"船体结构设计及优化具有重要指导意义。