特征载荷下海工管状结构屈曲临界载荷分析

圆柱形管状结构在海洋工程领域中应用较多，在进行结构设计时，需重点关注其侧向受载时的屈曲强度问题。通过理论分析和数值模拟，对比研究径向线性载荷变化下圆柱壳的屈曲行为，以经典的Donnell壳体理论为基础，得到圆柱壳的屈曲控制方程，并通过本征值分析方法得到结构屈曲的临界条件。采用有限元软件ABAQUS对线性变化径压下圆柱壳的屈曲进行数值仿真。分析得出径厚比是径向线性分布载荷下圆柱壳屈曲临界载荷的主要影响因素，三角形径压下屈曲临界载荷值约为均布径压下屈曲临界载荷值的2倍。     

受载时船舶屈曲临界载荷数值的数学模型设计

船舶航行中船体会受到来自于水体的巨大冲击力,一旦超过屈曲载荷临界值就会增加船体断裂的风险。针对传统载荷控制模型对于环境参数变化不敏感、反应时滞过长的弊端,设计一种用户船舶屈曲临界值计算分析的数学模型。分析船舶行进中轴向速度和径向速度,并从速度与应力的比例关系中识别出船体受力综合载荷值,以此建立屈曲临界载荷数学模型。基于临界载荷数学模型分析不同载荷值条件下径向、轴向力的变化与临界误差之间的关系,进而准确地识别出屈曲临界载荷数据的变化规律。仿真结果表明,提出数学模型具有更高的载荷值传递效率,能够及时做出主动调整,并有效降低各种作用力对于船体的冲击。     

大尺度结构船舶波浪线性载荷数值计算

在大尺度船舶结构设计过程中,为满足强度要求,需把线性波浪载荷考虑在内。在切片理论的基础上,计算波浪载荷数值,误差大,准确性低。针对上述问题,提出基于三维势流理论波浪载荷数值计算方法。根据三维势流理论定义给出该计算方法的假定条件,在此基础上,设计速度势方程,并利用格林函数法求解,计算在长期预报情况下的船舶线性波浪弯矩,完成波浪线性载荷数值计算。结果表明:基于三维势流理论的波浪载荷数值计算方法在准确性方面要优于基于切片理论的波浪载荷数值计算方法,误差减小0.4×106 Nm,基本完成了载荷精确计算的目的。     

一种数值求解船体兴波阻力的三因次RANS方法

文章根据船体阻力成因和分类提出一种基于三因次RANS求解船体兴波阻力的数值计算方法,与基于势流理论的Rankine源法和EFD法相比较,结果表明此方法得到的兴波阻力数值精度高于Rankine源法,与EFD法吻合较好,形状因子(1+K)值在不同傅汝德数下存在略微差异,船首和两侧的自由面波峰值大于Rankine源法所得值,波谷值却相反,自由面波形变化趋势与Rankine源法吻合一致,随着傅汝德数增加开尔文波系愈发明显且波峰后移,计算方法具有实用性。     

侧向载荷作用下的T型加筋板梁柱屈曲载荷-端缩曲线修正

加筋板单元的载荷-端缩曲线是影响Smith法计算精度的重要因素,而目前HCSR规定的载荷-端缩曲线尚未考虑侧向载荷的作用。为了计入侧向载荷对加筋板单元载荷-端缩曲线的影响,拓宽Smith法的适用范围,采用非线性有限元法,计算192个具有梁柱屈曲破坏模式的T型加筋板单元,在纵向压缩载荷和侧向载荷作用下的极限强度。通过回归分析,得出在侧向载荷和纵向压缩载荷联合作用下,T型加筋板单元在梁柱屈曲模式下的载荷-端缩曲线修正公式。对8个T型加筋板模型分别采用修正公式和非线性有限元法计算结构的临界应力和临界应变,2种计算方法结果相对误差小于10%,验证了修正公式的有效性。     

船舶砰击强度计算方法研究

船舶在航行时发生砰击是一种高度非线性的物理现象。本文基于势流理论Rankine源法,研究用时域非线性方法计算船舶运动响应,获得船波垂向相对运动速度;并选取合适的砰击压力系数,计算船舶砰击载荷。最后用该方法评估了一艘集装箱船艏部砰击强度,验证了该方法的合理性。     

散货船三维时域波浪载荷计算研究

采用三维势流理论进行船舶运动和波浪载荷预报时,有2种Green函数可供选择:自由Green函数和Rankine源。混合源法,同时使用这2种Green函数,结合了两者的优点。本文对三维时域混合源法开展研究,为了验证该方法的可行性,本文对一艘散货船进行了时域上运动和波浪载荷的计算,并将计算结果转化到频域上以得到RAO。最终把有航速随浪和顶浪工况下该散货船垂向运动和载荷的RAO与WASIM计算结果以及模型试验结果进行比较。比较结果表明,混合源法计算结果与WASIM结果大体一致;在波长较短时,两者计算结果和试验值结果吻合较好,波长较长时两者计算结果都较试验值偏大。随浪海况下2种计算结果较顶浪更贴近试验值。     

关于m-项及三维船舶在波浪中运动的一种数值计算方法(英文)

文章提出一种基于Rankine源分布的三维船舶运动数值计算方法。该方法可求解定常及非定常的船舶兴波势流场。自由表面条件利用迭模解进行线性化,而物面条件中包含了m-项。由于m-项是定常速度势的物面二阶导数,数值计算有一定困难。文中使用一种直接数值差分方法计算m-项。文中也提出一种满足远方辐射条件的数值差分方法。船舶的下沉和纵倾则通过迭代求解稳态兴波问题获得,从而确定船舶在有航速时的湿表面再进行耐波性计算。该方法的计算与现有模型试验进行了比较,结果令人满意。     

散货船三维时域波浪载荷计算研究

采用三维势流理论进行船舶运动和波浪载荷预报时,有2种Green函数可供选择:自由Green函数和Rankine源.混合源法,同时使用这2种Green函数,结合了两者的优点.本文对三维时域混合源法开展研究,为了验证该方法的可行性,本文对一艘散货船进行了时域上运动和波浪载荷的计算,并将计算结果转化到频域上以得到RAO.最终把有航速随浪和顶浪工况下该散货船垂向运动和载荷的RAO与WASIM计算结果以及模型试验结果进行比较.比较结果表明,混合源法计算结果与WASIM结果大体一致;在波长较短时,两者计算结果和试验值结果吻合较好,波长较长时两者计算结果都较试验值偏大.随浪海况下2种计算结果较顶浪更贴近试验值.     

一种快速船舶临界载荷数学模型设计

为保证船舶船体结构安全,计算船舶临界载荷至关重要。在此背景下,针对切片理论、水弹性理论建立的模型计算精确度低的问题,设计一种新的快速船舶临界载荷计算数学模型,该模型建立主要依据有限元法,先建立一个船舶船体结构有限元模型,然后采用Patran的PCL语言对模型自动施加压力,最后根据得出的船体结构初始屈曲,利用半经验公式法确定船舶临界载荷。结果表明:与基于切片理论、水弹性理论建立的模型相比,本模型计算得出的船舶临界载荷与真实结果更为接近,误差最小,证明了本模型的精度更高,达到了研究目的。     

波浪中航行船舶水动力和运动分析的Rankine源高阶面元法研究

基于三维频域势流理论,采用计及定常绕流影响的物面和自由面条件,建立了求解波浪中航行船舶水动力和运动响应的Rankine源高阶面元法。采用九节点等参单元离散船体表面,引入Rayleigh人工阻尼项消除自由面截断处波浪的反射,并基于积分方法计算物面条件中的mj项。为了反映波浪自船头向船尾传播的特性,提高数值计算稳定性和精确性,采用二阶迎风差分格式处理自由面条件中速度势的二阶空间导数。选择不同的自由面范围和网格密度对船舶在典型工况下的水动力系数进行计算和分析,以确定达到收敛要求的离散参数取值。在此基础上,针对不同船型在不同遭遇频率下的水动力和运动响应进行数值预报,并将它们与试验及其它数值方法的结果进行对比,表明用该方法计算的结果与试验数据吻合良好。该方法与基于线性均流和常值单元离散的Rankine源法相比精度更高,对于船体外飘的船舶水动力计算要比移动脉动源法更为稳定。     

轴压柱形壳非线性屈曲试验与理论研究

本文研究了轴压不锈钢柱形壳的非线性屈曲行为.通过轴向压缩试验,获得柱壳的载荷位移曲线、失稳载荷、最终失稳模式;在此基础上,采用弧长法对试验壳体进行非线性屈曲计算,分析平衡曲线、临界载荷、临界屈曲和后屈曲模式等非线性屈曲行为,并与试验结果作对比研究.结果表明:在柱形壳受轴压而发生弹塑性屈曲时,端部长度缺陷会在轴压初期降低柱形壳的承载力从而影响临界屈曲载荷,且高度越小时,柱形壳越容易在两端发生形变.但是总体来看,发生塑性屈曲时,端部长度缺陷对临界载荷影响很小.     

浅水中下潜物体有航速辐射问题的数值解

开发了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)的Rankine源高阶面元法用于求解浅水中下潜物体有航速辐射问题。基于势流理论,流场中的扰动速度势用物体表面和自由面上分布的Rankine源来表达,同时用映像法计及水底的影响;采用NURBS曲面精确表达物面和自由面,在求出边界面上的未知源强后,物体表面的速度势分布用B样条表示;采用配置方法对边界积分方程进行求解,采用高斯—勒让德公式计算方程中的积分,同时开发了一种解决数值积分中奇异性问题的方法。采用文中数值方法求解了浅水中下潜圆球的有航速辐射问题,计算得到了下潜圆球水动力系数和自由面波形,所得水动力系数计算结果和他人的计算结果进行了比较,其吻合程度良好,从而验证了文中开发方法的有效性。     

大型船舶折叠式舱口盖结构优化

传统舱口盖结构设计方法下,盖板失稳临界载荷偏低,致使连接滑轮位置过密,影响舱口盖的固定性,因此对大型船舶折叠式舱口盖结构优化设计。该设计对舱口盖加筋,提升单块盖板承受载荷的能力;计算盖板受压屈曲,根据提升后的载荷值预设滚轮位置;计算载荷压力和摩擦力影响下,滚轮的承载力和轴向力,校正滚轮在折叠式舱口盖上的衔接节点。实验结果表明,与传统设计方法相比,此次提出的优化方法设计的舱口盖与导轨之间的契合度更高。由此可见,该设计满足当前大型船舶折叠式舱口盖的设计要求。     

计及侧向载荷作用的纵骨梁柱多跨失稳载荷-端缩曲线确定方法

针对现有船体梁极限承载能力计算的Smith法不能计及侧向载荷作用的问题,本文提出了一种考虑侧向载荷作用下板架变形的纵骨梁柱失稳的屈曲载荷计算模型和方法,推导了计及侧向压力对板架影响的纵骨梁柱屈曲载荷-端缩曲线公式。进行了纵向与侧向载荷共同作用下三个板架的极限承载力计算,分析讨论了侧向载荷、板架参数等对纵骨梁柱屈曲极限强度的影响规律。应用本文方法编制了考虑侧向荷载作用的船体梁极限强度程序,进行了实船的计算和对比分析。     

波浪中受侧壁影响的船舶航行水动力性能研究

在海洋平台附近,工作船的水动力性能会受结构物侧壁的影响而下降。基于Rankine源常值面元法,建立考虑岸壁和波浪作用的船舶水动力数值模型并在时域上求解。选取经典Wigley III船模计算各波长下的水动力和运动响应幅值,并将模拟结果与其他方法的计算结果对比,验证了数值研究方法的合理性和可靠性。通过参数的敏感性分析,揭示航速、波浪特征和侧壁对船模运动响应的影响,为船舶在复杂海域中的水动力响应实时预报服务。     

利用Rankine源方法进行三维时域水弹性分析

船舶工程不断发展,波浪载荷预报在船舶设计、船舶航行安全等方面发挥着越来越重要的作用。由于新型复合材料的广泛应用,传统二维预报方法逐渐表现出局限性,为了解决存在的问题,研究人员提出了三维水弹性预测方法。本文对Rankine源方法应用于三维时域水弹性分析的可行性进行研究。     

T型扶强材在横向载荷作用下的侧向屈曲

考虑船舱进水导致船体梁的结构崩溃而发生沉没的事故中舱壁是一个关键的环节,通过能量法导出舱壁扶强材在侧向静水压力作用下的弹性屈曲的临界载荷公式,与有限元数值计算比较,证明文中计算公式的正确、简单、实用性。     

考虑定常兴波影响的辐射问题去奇Rankine源方法数值计算

随着中高速船舶在海洋资源开发中的广泛应用,航速对船舶在波浪中摇荡运动的影响受到重视。本文基于势流理论,采用非均匀有理B样条(NURBS)表达物面,应用去奇Rankine源方法求解流场速度势;推导了兴波问题的二阶近似非线性自由面边界条件,以及考虑二阶近似非线性兴波影响的辐射速度势的线性自由面和物面边界条件。本文编程首先数值计算了Wigley船型的近似非线性兴波问题,将计算的线性和非线性兴波阻力系数与文献结果做了比较;然后数值计算了计及线性定常兴波影响的下潜圆球有航速辐射问题,将计算的附加质量和阻尼系数与文献结果比较。本文计算结果与文献结果吻合程度较好,验证了本文数值计算方法的有效性。文中还给出了兴波波形和辐射波形。     

采用一种高阶面元法数值求解浅水船舶兴波问题

开发了一种基于B样条的高阶面元法用来求解浅水船舶兴波问题.船体表面和自由面上分别布置Rankine源,同时利用镜像原理来计及水底的影响.物体儿何用B样条曲面精确表示.在求得边界面卜的源强密度分布后,物面上的速度势用B样条来表示.数值计算中采用配置方法,并且用高斯-勒让德公式来计算方程中的积分.为了验证文中方法的有效性,用本方法计算了Wigley船在深水和浅水中的兴波水动力和波形,所得数值结果与试验结果和其它数值结果进行了比较,吻合程度令人满意,表明本方法被用来求解浅水船舶兴波问题是有效的.