强梁特殊开孔参数化建模技术

MSC/NASTRAN是我国造船行业公认的有限元软件,它的前后处理器为建立船体三维有限元模型提供了强大的手段,但由于船体结构的复杂性,仍使得船体有限元分析成为非常繁重的工作,故实现参数化建模已成为船体结构分析人员越来越关注的问题.本文以实际工程项目"强梁腹板特殊开孔应力分析及补强方法的研究"为背景,介绍了作者利用PCL语言实现参数化建立强梁特殊开孔的有限元模型的技术,并编制了相应的程序.应用该程序能大大缩短全部方案模型的建模时间,并提高了效率,体现了PCL语言在实现参数化建模方面的优越性.     

基于PCL语言的船体局部结构细网格生成方法

在船体结构详细设计过程中,除了舱段的粗网格有限元分析外,某些局部应力集中处的结构还需要细化分析或进行疲劳强度分析,如肘板趾端、主要构件腹板开孔和舱口角隅等。采用MSC. PATRAN软件中PCL语言进行二次功能开发,可以更为便捷地生成特定结构的细网格,提高船体局部结构细网络的建模效率。     

半圆体开孔防波堤结构的三维有限元分析

通过开发出圆体开孔防波堤结构的一种三维有限元程序，解决对该结构进行有限元分析的前处理电算化问题，并找出不同情况下这种结构的应力分布规律。     

基于空腹桁架理论的船体结构腹板开孔强度简化分析方法

大型船舶结构的设计和建造过程中考虑到电缆管路布置及结构轻量化需求,常在主要构件高腹板上开设许多开孔。为快速有效评估高腹板开孔结构的强度特性,本文利用费氏空腹桁架理论和有限元数值方法,分析腰圆形开孔的纵向位置、开孔宽度和长度对开孔周边强度的影响,并对费氏空腹桁架理论作适当修正。结果表明,本文提出的修正公式能够适用于不同尺寸结构,并有效提高理论计算精度。     

加筋圆柱壳开孔结构强度分析

加筋圆柱壳开孔结构是潜艇典型耐压船体的主要结构形式之一,如何避免在开孔周围造成应力集中,即开孔结构补强是工程中特别关心的问题。在设计过程中,因为要多次建模分析,会导致设计分析效率变低,所以开发了加筋圆柱壳开孔结构的参数化建模分析程序。基于参数化建模分析程序,讨论了多参数对于开孔周围应力集中的影响。     

基于空腹桁架理论的船体结构腹板开孔强度简化分析方法

大型船舶结构的设计和建造过程中考虑到电缆管路布置及结构轻量化需求,常在主要构件高腹板上开设许多开孔。为快速有效评估高腹板开孔结构的强度特性,本文利用费氏空腹桁架理论和有限元数值方法,分析腰圆形开孔的纵向位置、开孔宽度和长度对开孔周边强度的影响,并对费氏空腹桁架理论作适当修正。结果表明,本文提出的修正公式能够适用于不同尺寸结构,并有效提高理论计算精度。     

舱口盖参数化建模程序设计

为了快速建立船舶舱口盖有限元模型,进行结构强度分析,针对舱口盖的结构特点和手工建模流程,利用MSC.Patran二次开发技术,设计开发参数化建模程序,有效提高舱口盖结构强度规范校核效率。     

船舶落地电气设备基座安装图优化设计

针对船舶落地电气设备安装施工中存在的问题,利用三维建模软件(SPD)进行落地电气设备模型设计优化。采用新的基座安装图设绘方法,通过实船应用,有效减少和避免落地电气设备安装过程中的施工废返,提高落地电气设备基座图、安装图和开孔图的准确性,供新型产品及系列产品基座安装图设绘参考。     

典型船舶焊接接头应力集中系数有限元分析

利用MSC/Patran and MSC/Nastran对焊接中常见的对接接头焊趾处的应力集中系数进行有限元建模和计算,在分析有限元计算结果的基础上,提出比较完整的估算焊接接头应力集中系数公式。     

甲板梁开孔剪应力计算方法研究

为了校核甲板梁开孔后的剪切应力是否满足规范的要求,对其进行有限元建模计算是一个比较直观且准确的方法,但是如果要用板单元细网格详细模拟出开孔后的梁结构,则需要大量的时间来建模,计算周期很长。文章通过对甲板梁采用梁单元模拟进行有限元计算的方法,基于剪应力计算理论,对一大型海洋生活驳船生活区甲板梁的开孔结构进行了分析计算,通过对局部结构采用了细网格的板单元模拟计算进行对比研究,验证了该方法是可行的。     

开孔围栏问题有限元分析

开孔是耐压船体舷侧不可缺少的结构,开孔后一般采用圆柱形围栏加强,围栏高度及安装尺寸依开孔半径确定.利用MSC/PATRAN软件对开孔围栏问题进行有限元分析,研究正交开孔下围栏半径、高度以及安装尺寸对开孔区域应力的影响.     

某三体客船船体结构强度的有限元计算

某浮船坞改造为三体客船后,其长宽比较小,不能按照船舶规范通则要求进行结构校核,需对该船船体结构进行直接计算,作为审图文件报送CCS审核。本文通过有限元整船建模计算该110客位三体客船船体结构强度,校核其总纵强度及扭转强度。     

船体应力释放孔的优化

对部分应力集中十分严重的船体结构区域,可以通过设置应力释放孔的方法来控制其应力峰值。为了最大程度地改善关注区域应力峰值,以应力释放孔的形状、尺寸和位置等参数为设计变量,以开孔边界、施工工艺和非优化区域应力水平为约束条件,以优化区域的材料屈服利用因子最低为目标,对应力释放孔进行形状优化和尺寸优化。基于Isight平台,集成应力释放孔的参数化建模程序,采用遗传算法迭代求解,可得到最优设计方案。     

基于声辐射特性分析的舱壁边缘开孔参数优化设计研究

为满足潜艇设计整体性、实用性和技术性要求,结构组、管路组及机电组等需对特殊舱壁边缘进行开孔处理。为研究舱壁边缘开孔对潜艇水下振动和声辐射特性的影响,以两舱段环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DAMP混合编程,计算了在不考虑开孔加强结构条件下不同开孔位置、开孔数目及开孔大小的圆柱壳水下辐射声功率曲线,得到基于声辐射特性的开孔参数优化方案,为潜艇舱壁结构设计提供合理依据。     

开孔平板水下振动及声辐射特性

采用有限元与间接边界元相结合的方法,以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象,开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先,计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中,开孔板的固有频率较无孔板低,随着开孔面积增大,大部分固有频率降低;在水中,由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量,开孔板的固有频率升高,且随开孔面积的增大,固有频率升高。然后,开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究,相同激励下,开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低,且随着开孔面积的增大,降低量增大,辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明,开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。     

开孔平板水下振动及声辐射特性

采用有限元与间接边界元相结合的方法,以开有圆孔、四边简支、无障板的钢制平板为对象,开展开孔板水下振动及声辐射特性研究。首先,计算开孔板在空气中和水中的固有频率。在空气中,开孔板的固有频率较无孔板低,随着开孔面积增大,大部分固有频率降低;在水中,由于开孔可明显降低平板水下振动的附连水质量,开孔板的固有频率升高,且随开孔面积的增大,固有频率升高。然后,开展单位力激励下开孔板的水下振动声辐射研究,相同激励下,开孔板大部分频段的辐射噪声和辐射效率明显降低,且随着开孔面积的增大,降低量增大,辐射声功率和辐射效率的峰值向高频移动。研究结果表明,开孔可显著改变平板水下振动与声辐射特性。     

大深度潜水器开孔耐压壳的极限强度研究

钛合金制深海载人潜水器耐压壳上面设有人孔、观察窗等多个开孔,而这些开孔又会削弱耐压壳的极限强度,又因为耐压壳工作的环境是几千米的深海中,所以了解其主要承压结构耐压壳的极限强度有重要的意义,也是设计者所必须关注的问题。本文利用ABAQUS有限元软件对开孔耐压球壳的极限强度进行了非线性有限元分析,计算了开孔的大小及加强围壁参数的变化对壳体极限强度的影响。计算结果表明,随着孔径的增大和围壁厚度的减小其极限强度成下降趋势。     

基于声辐射特性分析的舱壁边缘开孔参数优化设计研究

为满足潜艇设计整体性、实用性和技术性要求,结构组、管路组及机电组等需对特殊舱壁边缘进行开孔处理.为研究舱壁边缘开孔对潜艇水下振动和声辐射特性的影响,以两舱段环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元方法,通过FORTRAN和DAMP混合编程,计算了在不考虑开孔加强结构条件下不同开孔位置、开孔数目及开孔大小的圆柱壳水下辐射声功率曲线,得到基于声辐射特性的开孔参数优化方案,为潜艇舱壁结构设计提供合理依据.     

外压圆锥壳开孔应力集中系数分析

采用有限元方法,对不同锥角开孔的应力集中系数的大小及分布规律进行分析,认为开孔倾斜角对应力集中系数影响较大,在实际应用中应严格控制。     

NAPA BASIC在NAPA STEEL结构快速建模中的应用

利用NAPA软件提供的NAPA BASIC语言编写的宏,可以快速并准确地完成一些NAPA STEEL船体结构建模工作,可以节省很多人力并提高效率。通过总结船体结构详细设计经验,提出了几项典型的利用NAPA BASIC宏语言实现部分船体结构快速建模的案例:一键写入常用的开孔和型材定义;自动计算出尾部分段指定肋板上所有减轻孔的大小及中心位置,使其满足设计要求,并将其定义写入STDEF表中;自动完成双层底指定肋板的定义,并将其写入STR表中等。