多开口甲板板架结构极限承载力实验研究

[目的]为了研究多开口结构形式对甲板板架结构极限承载能力的影响,[方法]以2种不同开口形式的双层板架模型为研究对象,对其在轴向压缩载荷作用下的极限承载能力进行实验研究,对比分析双开口甲板结构和舷侧开口板架结构的失稳破坏模式及极限承载能力,得到多开口甲板板架结构在逐步崩溃过程中甲板各处应力的变化规律。[结果]实验结果表明:开口角隅处应力集中现象明显,随着轴向压缩载荷逐渐增大,开口中部甲板应力急剧上升,多开口结构最终均在最大开口的中部发生失稳破坏;甲板开口尺寸对结构初始轴向刚度的影响显著,舷侧开口结构则在弹塑性变形阶段对极限承载力的影响占主导地位。[结论]所提实验研究方法及结果可为此类甲板结构的设计提供参考。     

焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

桁材开孔腹板的线性屈曲强度分析

船体在总纵弯曲时甲板纵桁和船底纵桁承受较大的轴向压力,而在桁材腹板上开孔会影响其腹板的屈曲强度.针对这一问题,应用有限元屈曲特征值分析方法对受轴向压力开孔腹板的屈曲载荷进行计算.通过对计算结果的分析,对开孔尺寸和开孔位置对腹板屈曲强度影响的规律进行了归纳,并对腰圆孔和圆孔对腹板屈曲的影响程度做出了比较,对船体结构中腹板开孔尺寸及位置提出了一些建议.     

极地小型邮轮加筋板结构冗余度试验研究

以极地小型邮轮加筋板结构为研究对象,设计并制作典型加筋板缩比模型,开展完整结构和损伤结构的轴向压缩极限强度试验研究,揭示完整结构和损伤结构下,主甲板板架结构的极限承载能力和屈曲失效模式,并基于全船结构强度有限元方法,计算主甲板板架完整结构和损伤结构的应力,进行了主甲板板架结构冗余度评估。研究发现：轴向压缩载荷作用下,单独一根加强筋出现局部损伤会小幅度降低加筋板结构的极限承载能力;加筋板完整结构和损伤结构屈曲破坏模式均为加强筋率先破坏引起整个板架结构屈曲破坏;单独一根加强筋的损伤不会引起极地小型邮轮加筋板结构的连续性垮塌,具有良好的结构冗余。研究结果对极地小型邮轮结构设计和冗余度研究具有一定参考价值。     

端面转角对板架结构极限强度的影响研究

文章以单层板架、开孔单层板架和双层板架为研究对象,采用非线性有限元法,开展了端面转角对板架结构极限强度的影响研究。首先对单层板架、开孔单层板架和双层板架在不同端面转角下的极限强度进行了系列数值计算,然后对比分析其极限载荷和失效模式,获得了端面转角对板架结构极限强度的影响规律,为开展甲板板架结构极限强度试验提供方法参考。     

大型邮轮甲板变高梁的应用分析

针对大型邮轮甲板结构设计中的变高梁的结构形式,以大型邮轮居住舱室局部甲板平台为例,采用有限元分析软件及参数化建模工具对普通强梁板架及局部变高梁板架进行强度分析,结果表明,在保证局部强梁剖面模数的条件下,采用变高梁设计的板架结构在强梁附近的弯曲应力比普通强梁板架的局部应力小,能够满足强度要求,对变高梁在大型邮轮中不同场景下的布置应用进行探讨。     

焊接缺陷对铝合金板架疲劳寿命影响的试验分析

[目的]为研究焊接缺陷对铝合金板架结构疲劳寿命的影响,[方法]首先,利用X射线对2种节点形式的铝合金板架试件焊缝部位进行拍照,筛选出含与不含焊接缺陷的铝合金板架,并通过对X射线图像的分析得到铝合金焊接缺陷的主要类型;然后,在不同载荷作用下,对含与不含焊接缺陷的2种铝合金板架试件开展疲劳试验,以获得铝合金板架的疲劳寿命;最后,运用ABQUAS软件建立含3种焊接缺陷的板架试件的局部仿真模型,分析和揭示含焊接缺陷板架结构失效产生的机理。[结果]试验结果表明:含焊接缺陷的试件失效是由于焊缝端部缺陷处出现裂纹,扩展后导致纵骨腹板发生断裂;而不含焊接缺陷的试件失效与节点形式有关,均是在循环载荷作用下纵骨面板失效产生疲劳裂纹,扩展到腹板后导致纵骨发生断裂。[结论]研究成果可为铝合金焊接结构的疲劳寿命评估及焊接缺陷对疲劳寿命的影响提供参考。     

循环载荷下大开口箱型梁弯曲极限强度试验研究

甲板大开口已成为现代货运船舶结构的典型特征，但是甲板大开口的存在不仅削弱了船体结构的极限承载能力，也使其性能与响应更加复杂。基于模型试验与非线性有限元法探究了设计的甲板大开口箱型梁在中垂循环极限弯矩作用下的结构承载能力与破坏模式，分析初始缺陷和材料硬化效应对结构极限强度的影响。结果表明，在循环载荷作用下，模型的塑性变形随着循环次数增加而逐步累积，屈曲破坏将从甲板板扩展到舷侧板；模型即使发生屈曲破坏，仍保留了大部分承载能力；材料硬化效应在循环极限加载中影响较小。研究结果可为大开口船舶结构的安全性评估和优化设计提供指导。     

大型邮轮泳池结构开口补强优化设计方法北大核心CSCD

[目的]大型邮轮泳池结构大开口降低了甲板结构的承载能力,补强是提高开口结构强度的有效手段,但补强的形式多样对开口结构优化设计提出了挑战。为此,[方法]运用变密度拓扑优化方法对泳池开口补强板进行优化,以获得一种新型开口补强方式,并进一步对结构开展尺寸优化,获得更为合理的板厚分布,从而达到最好的减重效果。[结果]优化结构与原型结构相比,极限承载力提高了1.1%,最大应力下降了3.3%,减重7.0%。[结论]所提优化设计方法可为邮轮甲板开口结构提供一种补强设计手段。     

邮轮高腹板梁开孔应力分析

针对邮轮的甲板纵桁和横梁的腹板布置大量开孔,开孔削弱腹板截面尺寸,并且次弯距的影响显著,引起开孔边缘出现应力集中的问题,结合船级社规范开孔规则要求,采用有限元法分析开孔尺寸、开孔位置和补强方式对孔周切向正应力的影响,结果表明,孔周切向正应力对于开孔高度变化的敏感度大于开孔长度变化;当开孔的垂向位置越偏向面板时,孔周切向正应力增加趋势越明显;孔边缘加面板是最有效的减小应力集中的方式。     

单轴压缩下多开口甲板板架稳定性试验及数值仿真

为了揭示多开口设置对结构轴向受压稳定性的影响规律,文章设计并制作了甲板与舷侧同时布置开口的双层板架结构模型,并开展轴向受压极限承载能力试验。借助非线性有限元软件Abaqus对该模型的失稳破坏过程进行数值仿真计算,通过对比分析试验数据和数值计算结果,确定导致整个板架结构屈曲失效的主要原因,为相同类型甲板结构的稳定性设计提供了一定参考。     

基于复变函数解法的桁材开孔腹板弹性屈曲分析

在船体梁总纵弯矩作用下,位于甲板和船底的纵桁承受着较大的轴向压力,而桁材腹板上的开孔将影响腹板结构的屈曲强度。腰圆形是桁材腹板开孔的常见形状,带这种开孔的板格屈曲计算是难以获得弹性屈曲解析解的,目前常用的算法是基于有限元的特征值屈曲分析。本文综合运用复变函数方法和Ritz法,形成了一种新的计算方法,它可以在较粗的背景网格下得到足够准确的弹性屈曲载荷。通过系统的敏感性计算对比,此方法的可用性得到了验证。     

单轴压缩下多开口甲板板架稳定性试验及数值仿真

为了揭示多开口设置对结构轴向受压稳定性的影响规律,本文设计并制作了甲板和舷侧同时布置开口的双层板架结构模型,开展了其轴向受压极限承载能力试验。借助非线性有限元软件ABAQUS对该模型的失稳破坏过程进行了数值仿真计算,通过对比分析实验数据和数值计算结果,确定了导致整个板架结构屈曲失效的主要原因,为相同类型的甲板结构的稳定性设计工作提供了一定的参考依据。     

环壳过渡对潜艇锥-锥结构极限承载能力的影响

[目的]运用有限元方法研究环壳过渡对锥-锥结构极限承载能力的影响。[方法]采用弧长法分别计算无初始几何缺陷及含一阶模态变形初始缺陷的锥-环-锥及锥-锥连接结构的极限承载能力,分析其破坏模式,通过对比,得出环壳过渡对不同锥角的锥-锥结构极限承载能力的影响规律。[结果]结果表明,当环壳右侧锥壳的半锥角较小时,锥-环-锥与锥-锥结构舱段的破坏发生在环壳左侧锥壳壳板,前者的极限承载能力优于后者,且含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了12%～13%;随着环壳右侧锥壳半锥角的不断增大,两种结构极限承载能力的差距不断缩小。当右侧半锥角继续增大,结构的破坏区域变为环壳右侧锥壳,锥-环-锥结构的极限承载能力与锥-锥结构保持一致,含模态变形初始缺陷的锥-环-锥结构的极限载荷比无初始几何缺陷时下降了8.8%左右,锥-环-锥结构对左侧锥壳的初始缺陷敏感度相对于右侧锥壳更高。[结论]研究结果可为潜艇锥-环-锥结构的设计提供参考。     

复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度研究

随着复合材料船舶建造尺寸越来越大,结构极限强度评估具有重要意义。本文基于后屈曲理论,通过渐进失效分析方法对复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度展开研究。首先通过与相关复合材料层合板试验及数值仿真结果进行对比,验证了本文渐进失效分析方法的准确性。然后,以复合材料夹层板架结构作为船舶上层建筑并考虑其受力特性,对具有初始缺陷且在轴向和侧向压力同时作用下的复杂受力状态的夹层板架结构进行计算,得到夹层板架结构的首层失效强度以及最终承载能力,并对失效位置做出预报。     

非规则甲板板架稳定性计算方法研究

研究表明,应用有限元程序计算非规则甲板板架的稳定性符合实船的结构承载状态,它比常规的甲板稳定性计算方法更精确,更合理,并指出,目前实船上采用的甲板板架布置可进一步改进,使纵桁,纵骨和横梁的布置更加合理,在确保甲板板架稳定性满足规范要求的基础上减轻结构的重量。     

船用铝合金板架结构典型节点的疲劳试验研究

本文针对船用铝合金板架结构典型节点的疲劳性能开展了试验研究。首先采用X射线对焊缝部位进行了拍照,获得了焊缝处的微观缺陷特征;然后进行板架的极限承载能力试验,得到板架的极限载荷水平;接着采用不同载荷水平进行反复载荷作用下的疲劳试验,获得了不同载荷水平下典型节点的疲劳寿命和破坏模式。试验结果表明:船用铝合金板架结构典型节点的疲劳寿命与测点应力呈双对数线性关系,即随着对数测点应力的增大,对数疲劳寿命呈线性下降趋势;而焊缝缺陷形式直接关系到节点的疲劳破坏模式与疲劳寿命。研究结果可为船用铝合金板架结构的承载能力评估与焊接工艺设计提供参考。     

大型邮轮中央大厅结构直接计算研究

[目的]中央大厅是邮轮上层建筑中一种重要空间功能性舱室,其结构具有板厚薄、跨度大、支撑少、载荷复杂等特点,为结构设计带来了较大的难度。亟需提出一种可靠便捷的中央大厅结构分析评估方法,用以指导结构设计工作。[方法]以中国船级社（CCS）《邮轮局部结构直接计算指南2021》为主要依据,结合中央大厅结构载荷特点,开展邮轮中央大厅结构直接计算研究。直接计算研究中,结构所受载荷被等效并简化为总纵弯矩载荷、垂向剪切载荷、以及局部甲板载重的叠加。[结果]结构直接计算结果与全船有限元仿真结果吻合较好,验证了将直接计算流程应用于邮轮中央大厅结构设计研究的可行性。[结论]研究结果可为大型邮轮中央大厅结构设计计算流程提供参考。     

水下结构物长基座拓扑与尺寸优化设计

[目的]基座结构的阻抗值及不同加载点间的阻抗均匀性会影响水下结构物辐射噪声。[方法]以一典型水下结构物长基座结构为研究对象,将基座腹板单元密度作为设计变量,提出以提高基座阻抗均匀性为目标的拓扑优化数学模型,并根据优化结果提出有效的腹板开孔形式。在此基础上,以基座各板厚作为设计变量,同时将基座的阻抗值及阻抗均匀性作为目标,建立基于宽容排序法的多目标尺寸优化数学模型,获得基座面板、腹板和肘板板厚优化方案。[结果]拓扑结果表明,基座腹板上并不以相同的模式开孔,且腹板开孔中心与其几何中心不同。尺寸优化结果表明,改变基座面板、腹板以及肘板板厚的搭配,可使案例阻抗离散度最大值减小9.37%,同时基座重量降低33.31%,且加载点阻抗最小值基本不变。[结论]为了提高不同加载点间的阻抗均匀性,不宜在基座腹板上以相同的模式开孔;为了兼顾阻抗均匀性和阻抗值,基座各构件不同区域板厚可不相同。研究结果可为水下结构物基座优化设计提供参考。     

舱室火灾作用下甲板板架热力响应及防护性能研究

本文使用基于大涡模拟算法的火灾动力学仿真手段模拟实际舱室油池火灾场景，考虑环境与结构的对流辐射换热，以及板架初始缺陷和材料高温热力学特性，采用顺序热力耦合算法，对比侧向载荷作用下有和没有防火涂料保护的甲板板架热力响应，并计算分析防火涂料不同涂设位置对板架热力响应以及结构变形的影响。结果表明，甲板板架结构温度和热应力不会因为防火涂料的保护而改变分布规律，但其数值会明显降低；火灾下甲板板架结构应力主要受温度影响，侧向载荷影响次之；火焰上方板架无涂料保护的纵骨会在火灾持续时间内发生失效，而防火涂料保护下的结构基本一直处于弹性状态；防火涂料不同涂设位置对板架结构变形影响较大，其中纵向和横向构件的保护对抵抗板架变形起重要作用；涂料仅保护甲板板时，纵向和横向构件温度及应力会大于无涂料板架；防火涂料可以有效延迟结构屈服和形变，为火灾救援提供时间。本文研究工作可为实际火灾场景下的船舶结构抗火设计与安全评估提供参考。