船体板格极限强度数值计算影响因素及敏感分析

船体板格极限强度的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性,计算结果受多种因素的影响。本文针对船体板格有限元计算方法的不稳定性进行研究,通过将有限元计算结果与其他学者的研究成果进行对比,验证本文所采用的有限元方法的可靠性,然后针对板格材料、初始缺陷、网格密度、边界条件等几种因素的敏感性进行具体研究,发现理想应力应变关系会使得结果偏于危险。网格形状和网格密度对于结果均有影响,边界条件对于有限元结果有影响,最大误差在7.2%,并且模型3会使得结果偏于危险。初始缺陷是一敏感因素,最大误差在20%,因此需要根据实际缺陷选取合适的屈曲模态和比例因子。     

基于有限元法的箱型梁极限强度影响因素及敏感分析

船体箱型梁极限强度的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性。本文开展对箱型梁简化模型的极限强度研究,基于非线性有限元法计算3种典型箱型梁模型的极限强度,与已有实验数据比对,验证本文有限元算法的可靠性。通过分析箱型梁边界条件类型、网格密度大小和初始缺陷等敏感因素,发现边界条件未设置延长段的模型计算误差达到了20%,粗糙网格计算误差达到了30%,初始缺陷大小为0.01～0.02倍箱型梁跨长时,计算结果敏感性较小。     

船体结构加筋板极限强度的影响因素

采用非线性有限元软件ABAQUS,应用弧长法对船体内部加筋板进行极限强度影响参数研究.分析不同的初始挠度大小、焊接残余应力大小、模型范围、边界条件、有限元网格尺寸、材料应力应变曲线和侧压力对单轴受压加筋板极限强度的影响.通过对加筋板计算模型的参数进行研究可知,侧压力的存在和结构的初始挠度大小会对加筋板的极限强度产生显著影响,该研究可为加筋板极限强度计算模型的正确选择提供参考.     

基于有限元分析的大型豪华邮轮船型研究

为找出初期大型豪华邮轮船体造型中存在的缺陷,提出基于有限元分析的大型豪华邮轮船体造型研究方法。以某大型豪华邮轮资料实施对标分析构建船体有限元模型,选取四节点减缩积分板单元S4R划分网格,依照相关标准在模型内引入初始几何缺陷。将不同的工况与载荷加载至船体有限元模型上,并设定相应的边界条件,在此基础上分析船体造型的应力与相对变形情况。结果显示：研究对象受整体纵弯矩包络线载荷影响,底部甲板中间区域形成较大面积无法满足应力标准的区域;受整体纵剪力包络线载荷影响,部分强框架局部区域产生的应力变化不符合相关标准;外底板与内底板结构的屈曲应力成分主要为短边受压应力,随甲板高度提升,板格屈曲应力成分从短边受压应力转换成剪切应力。     

基于局部横向强度要求的船舶侧向承载板厚度设计研究

液体的压强作用一直是船体外板、液舱舱壁等位置板厚设计的主要考虑因素之一,且可归结为局部板格在侧向载荷作用下不屈服的安全衡准问题。结合理论分析及非线性有限元数值计算,对于受侧向载荷作用的局部板格极限强度的影响,探讨了包括边界条件、大挠度问题及相应的薄膜效应等各种影响因素,论证了一种优化的受侧向载荷作用的船体板厚约束设计公式,该公式经济适用且安全。整个探讨过程为船体结构规范的进一步完善提出了建议。     

基于参数曲面表达的帆形船体外板展开方法

本文提出了一种基于参数曲面表达的帆形船体板曲面的平面展开方法.该展开方法以三角网格平面逼近船体曲面和3D网格点摊平后出现开裂角为基础,展开过程可分为三个阶段:定义初始导向单元条,初始展开形状确定和展开形状优化.本文所提出的展开方法符合帆形船体板水火弯板变形特点,可以提供水火弯板成形收缩量,并已在实际的船体板曲面展开中得到验证,计算结果与船厂计算的收缩量数据基本相同.     

船体结构极限强度的影响参数与敏感度探讨

本文采用非线性有限元方法计算了船体结构在两种失效模式下的极限强度：一是加筋板格的非一性失稳极限强度；二是船体在中拱及中垂弯曲下的总纵屈服极限强度。较全面 探讨了计算中各种因素对第一种极限强度的影响，并对这两种极限强度中的主要影响参数，包括屈服应力、杨氏模量、初始缺陷、焊接残余应力、板厚等变化的敏感度作了计算，为船体结构的可靠性分析与设计提供了科学依据。     

带有初始缺陷的船体结构极限强度研究

船体结构的初始缺陷主要有初始挠度和焊接残余应力,初始缺陷对于船体的极限强度有着重要的影响。针对目前初始缺陷的模拟较为复杂的问题,寻找一种初始缺陷的简化模拟方法,采用板弯曲理论反推并模拟初始挠度,运用基于固有应变的等效载荷法模拟焊接残余应力,在此基础上应用非线性有限元法建立计及初始缺陷的船体极限强度分析方法。计算结果表明,船体结构初始缺陷对船体结构的影响不可忽略,基于固有应变的等效载荷法可较好模拟焊接缺陷。     

考虑失稳模态型初始缺陷的加筋板极限强度分析

加筋板是船体结构的重要组成部分。采用一阶屈曲分析得到的加筋板失稳模态以局部变形为主,按一阶屈曲模态引入的初始缺陷不能很好反映船体甲板结构的整体缺陷,为了进一步推广高等分析法在船舶与海洋结构物中的应用,本文提出一种能反映船体整层甲板、舱段乃至全船结构整体缺陷分布的失稳模态型初始缺陷引入方式。采用有限元软件Ansys,对加筋板不同初始缺陷形态下的极限强度进行分析并与试验结果对比,验证了引入失稳模态型初始缺陷在加筋板极限强度计算中的可行性与有效性。有限元计算结果表明,与采用一阶屈曲型初始缺陷相比,采用失稳模态型初始缺陷得到的加筋板极限强度更低,更能保证结构的安全性。考虑失稳模态型初始缺陷,对31个单一参数变量加筋板进行极限强度分析。计算结果表明,在合理范围内增高加强筋是提高加筋板极限强度的最有效手段。     

含初始挠度加筋板的极限承载能力分析

舰船长期服役,甲板结构易产生初始挠度变形,这会对甲板承载能力带来不利影响.加筋板作为船体甲板结构的主要构成单元,研究初始挠度变形对其极限承载力的影响具有重要意义.为了确定初始挠度变形对加筋板极限承载力的影响作用,根据实际情况假设初始挠度为双三角级数形式,利用Ansys计算分析了整体初始挠度的幅值与半波数对极限载荷的影响和典型位置的应力特性,并得到初始挠度对加筋板极限载荷的影响因子计算方法.计算结果分析表明,随着初始挠度的幅值和半波数的增加,加筋板极限承载力逐渐减小;对于含有某种初始挠度的加筋板,其影响因子主要受加筋板的长宽比、厚度和加强筋间距等因素的影响.     

Coarse mesh finite element model for cruise ship global and local vibration analysis

This paper presents a practical procedure for creating finite element (FE) model for vibration analysis of cruise ships. The most preferable FE modelling approaches are studied and discussed through case studies of common ship structures, which cover the range from low to high frequencies. The application of homogenized equivalent single layer (ESL) theory based equivalent element for stiffened panel is extended to local forced vibration analysis, where inertia induced interaction between plate and stiffener occurs. Modal method is used with an energy-based correction for accounting the plate-stiffener interaction into modal properties. Case study results reveal that mesh density of one 4-node element per web frame spacing is suitable for global FE-model when vibration analysis is limited to global hull girder modes. For such modes it is sufficient to only include the membrane stiffness of stiffened panels. For investigating the response at higher frequencies, bending properties of stiffened panel should be included and mesh density should be at least two elements per web frame spacing. Then forced vibration analysis can be performed with an excellent accuracy up to frequencies about one third of the local plate natural frequencies between the stiffeners. Beyond that, the influence of the local plate vibration becomes more significant in panel vibration, making the ESL-theory based element limited. With the applied correction method, the validity of the ESL-model can be extended to approximately two thirds of the local plate natural frequency.     

含凹陷损伤FPSB典型加筋板剩余极限强度研究

本文选取一型FPSB典型加筋板结构,在考虑初始缺陷的情况下采用非线性元法,通过对比研究,选定了(1/2 1 1/2)的加筋板模型以及合适的边界条件、网格尺寸。分别研究了三种不同凹陷形状对加筋板极限强度的影响,选定了以弧形凹坑为主要研究对象的凹陷形式。分别研究了凹陷损伤加筋板随凹痕深度、凹痕长度、凹痕宽度、凹痕位置变化时结构在单轴受压情况下的极限强度变化情况。本文的计算结果可对此型FPSB加筋板结构在凹陷损伤后的极限强度评估提供一定的参考。     

基于CATIA V6的船舶结构有限元网格方法

CATIA作为一款通用的工业设计软件,在许多制造行业得到了广泛的应用。随着V6版本较之V5版本进一步的提升了结构模型转换FEM平面单元的能力,CATIA目前已能够实现船体结构模型直接生成有限元网格。通过深入应用CATIA V6,依靠软件强大的三维建模功能,能够极大的减少船体结构划分有限元网格工作的工时。同时利用关联设计复用以往模型,进一步提高FEM模型的生成效率。甚至能够为实现船舶结构设计CAD/CAE一体化的目标提供了具有可行性的研究路径。因而本文通过分析CATIA软件生成有限元网格机制,结合船舶结构有限元分析对生成网格的要求特点,确定了具有实践性的结构建模与网格划分方法。最后通过实践案例予以验证,结合网格质量检查与优劣势分析,基于CATIA平台为船舶结构快速生成有限元网格提供了一种较为高效的方法。     

船体分段吊装眼板有限元细网格快速生成方法

提出一种船体分段吊装眼板有限元细网格快速生成方法,在粗网格基础上对吊装眼板几何模型进行网格细化。建立吊装眼板有限元网格细化流程,确定细化区域,划分细化区域,控制节点间距,生成细网格,并进行实例分析。结果表明,该方法可较大地提高船体分段吊装眼板的建模效率。     

基于插补原理的船体复杂曲面加热线布置方法

船体曲面成形技术是船舶加工过程中重要的环节。如何更好更快实现船体复杂曲面加工,一致以来备受国内外学者的关注。本文借鉴插补原理,对传统船体复杂曲面加热线布置进行了优化设计,得到了圆弧形板、s形板、帆形板和马鞍板的加热线。采用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,分析四种加热线下钢板变形情况,并通过实验检验了插补形式下的船体曲面成形效果。结果表明：(1)插补算法得到的船体曲面加热线路程比传统加热线路程节约75%以上。(2)对有限元计算位移进行曲面拟合,得到的预测模型与实际船体曲面基本一致。(3)实验了四种曲面加热线,并将有限元预测位移与实验进行对比,二者误差在6%以内,有限元计算与实验结果基本吻合。该方法降低加工时间,提高加工效率。     

循环荷载作用下加筋板格单元的损伤累积及力学模型研究

为了计算加筋板和船体梁在循环荷载作用下的极限强度,将一种能够考虑损伤累积和构件局部屈曲的一维钢材等效本构模型引入到加筋板格单元中,提出加筋板格单元在轴向循环荷载作用下的损伤累积力学模型,采用Visual Basic程序编制了计算程序,对若干加筋板格单元在双向轴向循环荷载作用下的承载性能进行计算研究,并使用非线性有限元软件Abaqus进行对比验证,结果表明所提理论方法具有较好的精度。     

水线源强消弃法在船舶定常兴波计算中的应用

当采用等强度源汇分布法求解线性船舶水动力学问题时,船体的水线源强必须等于零,基于这一假定,杜双兴在基于边界元法的数值计算中,令水线附近面元上的源强为零,且水线积分项也自动消失,称这种方法为"水线源强消弃法".本文应用Kelyin移动兴波源格林函数,研究水线源强消弃法在定常航行船舶的兴波计算中的应用,首先以潜航椭球体为例,对Kelvin移动兴波源格林函数进行了计算和验证,然后分别采用常规面元法和水线源强消弃法,对Wigley船型的兴波阻力、波形及船体压力分布进行了计算及试验比较,另外为了考查水线源强消弃法的工程实用性,最后对一艘SWATH船型的兴波阻力进行了计算.结果表明:与考虑水线单元和水线积分的常规面元法相比,水线源强消弃法能够较好地消除水线积分时格林函数的奇异性所引起的误差,给出的预报结果与试验值吻合更好;另外水线源强消弃法的预报结果受网格划分形式、忽略水线单元尺寸大小的影响,文中的算例表明:忽略10%-15%吃水以上的水线单元能够给出较为合理的预报结果.     

船体薄壁梁弯扭耦合振动的流固耦合分析

采用耦合有限元,边界元法计算水中船体的弯扭耦合振动.文中用一维薄壁梁有限元模拟船体梁,在横剖面处用二维边界元方法计算结构表面卢压,推导出表征流体对振动特性影响的附加质量阵,编制了用流同耦合方法求解船体振动模态的程序.通过与采用ANSYS软件进行耦合场分析以及刘易斯方法得到的振动模念相比较,验证了文中方法的可行性和应用性.     

船体焊接残余应力的数值分析

船体在焊接过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体结构的性能,还会使得建造精度难以控制,从而最终影响到船舶建造质量.本文以热弹塑性理论为基础,利用ANSYS非线性分析有限元程序,对船体结构焊缝进行了数值分析,获得了焊接顺序、构件尺寸对残余应力分布的影响规律.分析结果显示,分段焊接可以有效降低残余应力的峰值,尤其是对控制横向残余应力更为明显,焊缝方向上的残余应力会造成较大的残余变形.本文研究结果为优化生产工艺,控制残余应力提供了理论依据.     

藕节形耐压壳体强度与稳定性分析及优化设计

结合有限元理论,利用基于试验点的设计方法对藕节形耐压壳体进行优化设计。基于试验点的优化设计的相关理论,利用正交试验设计确定25组试验点。利用参数化建模的方法建立25组试验点对应的藕节形耐压壳体的三维模型。基于有限元理论,利用Workbench对其强度及稳定性进行分析,得到各试验点参数对应的最大应力、临界失稳载荷及壳体质量。根据有限元分析结果,构造最大应力、临界失稳载荷及壳体质量关于球心间距半径比、厚度及切弧角的响应面;利用遗传算法,结合构造的响应面,对藕节形壳体进行优化设计并利用Workbench对其进行校核,验证所设计壳体的安全性。