应用半无矩壳理论进行船体应力-变形分析及模型试验研究

本文将半无矩壳理论加以扩展,应用于变断面、具有剖面突变的复杂船体结构分析中。应用加权余量法推导出单元刚度矩阵和单元载荷矩阵。给出了棱柱形舱段、非棱柱形舱段和横舱壁三种单元模型并编制了计算程序。本文的方法比薄壁梁理论更加精确,且能综合考虑船体弯曲、扭转及横向变形的耦合响应。通过模型试验和分析比较,表明本文方法比常规有限元法具有数据量小、计算速度快等优点。     

空爆下强力甲板损伤变形后舱段剩余极限强度分析

根据德国萨克森级护卫舰在强力甲板上加装纵向箱型梁的舰体结构设计理念,评估强力甲板设置纵向箱型梁之后空中爆炸(空爆)防护能力的提高比例。选择舰船非接触式爆炸冲击载荷工况,采用ABAQUS中的CONWEP模块模拟空爆对强力甲板的冲击作用,建立普通舱段和甲板设置纵向箱型梁的舱段在强力甲板损伤之后的有限元模型,通过准静态法求解其剩余极限强度。采用三角级数对舱中处强力甲板的变形曲线进行拟合,给出描述强力甲板变形的参数,分析其与剩余极限强度保持能力之间的关系。分析结果表明:与普通舱段相比,若在强力甲板下方合适位置处设置纵向箱型梁,则当强力甲板变形参数相同时,加强后的舱段可有效提高船体自身的剩余极限强度。     

扁平及圆柱形耐压舱段结构的边界效应研究

本文主要研究椭圆形、圆形横截面的扁平壳及圆柱壳耐压舱段结构的边界效应,在工程实际范围内选取椭圆柱壳的长、短轴比例参数,基于理论分析和有限元参数化计算得到无量纲的应力系数等结果,分析了端部固支边界导致的长、短轴端部弯曲应力、中面应力波动的纵向影响范围和周向特征,以及扁平舱段中部典型跨的稳定应力随舱段长度的变化情况,并与环肋圆柱壳舱段结构的边界效应进行了规律对比,同时还分析了相邻椭圆形环肋骨对扁平耐压舱段端部壳板的加强效果.     

舱段截断时边界条件的选取方法

为减小工作量,常常需要截取某个舱段进行单独分析。本文研究舱段截断对振动模态和谐响应的影响,分析截断处的位移、内力和弯矩的连续性边界条件。对单舱段一端分别施加自由、周向径向简支约束、轴向约束以及三向约束等不同的边界条件,并与全船模型的I舱段进行对比,从模态的固有频率和频响曲线两方面进行比较。结果表明,在舱段频率以上,将舱段截断处理为简支约束比较合理。     

非接触爆炸下纵向箱型梁舰船的极限承载能力研究

以德国F124护卫舰纵向箱型梁甲板结构型式的舱段为研究对象,采用流固耦合方法计算其在空爆作用下的甲板变形。采用阻尼因子法,对各冲击因子下箱型梁和普通甲板结构型式舱段塑性变形后的极限承载能力进行比较分析。研究结果表明:在遭受非接触爆炸冲击后,箱型梁甲板结构型式与普通甲板结构型式相比,具有变形小、变形后舰体极限承载能力下降低等优势,因而能够显著提高舰船生命力。     

船体梁约束扭转极限承载力计算的简化逐步迭代法

船体梁约束扭转极限承载力计算由于问题复杂至今未有理论解，只能用非线性有限元方法计算，效率很低。论文通过对25块实船板格的非线性有限元分析，引入板的柔度系数，构建了加筋板格的剪切应力与应变关系，提出了船体梁约束扭转的变形和应力假设，构造了船体梁约束扭转的简化逐步迭代计算方法，编制了相应的计算程序。实船算例表明，所提出的剪应力与应变关系和约束扭转极限承载能力的计算方法与非线性有限元方法相比，具有较高的精度和效率，可应用于船舶与海洋平台结构以及各类薄壁梁约束扭转极限强度的计算。     

基于Timoshenko梁理论的三体船波激响应

以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑梁模型受到静止的波浪载荷预应力的作用,使连接桥产生垂向剪切变形以及垂向弯矩和扭转所产生的转角。通过梁模型简化小水线面三体船,建立三梁模型,从而对其波激响应进行数值模拟分析。结果显示,三梁模型在分析小水线面波激响应方面有较好的实用价值,给相关分析提供了一个实用的方法。     

基于有限元力矩阵精确确定三舱段有限元模型边界力的计算方法

双壳油船结构统一规范要求进行三舱段的有限元模型强度计算.本文采用有限元力矩阵节点力计算方法,可以精确计算确定三舱段的有限元模型两端部应施加的边界力(弯矩和剪力),为正确实施三舱段的有限元模型的边界力计算提供了实用的计算方法.     

舱内爆炸载荷作用下舱壁板的动力响应分析

为研究具有不同边界条件的舱壁板在爆炸载荷作用下的动力响应,采用通用有限元软件Abaqus建立完整的舱室结构模型和几种舱壁板模型。运用解耦的方法得到舱内爆炸时作用于舱室各舱壁上的压力时间历程,将该压力载荷作用到舱室各舱壁上得到其动力响应,比较各种模型的计算结果。结果表明:对于舱壁板模型,释放舱壁板4边的3个转角自由度约束、保留3个位移自由度约束是最合理的边界条件;舱壁板的长宽比对舱壁板中心位移有较大的影响;释放舱壁板4边的转角自由度约束对舱壁板中心位移的影响较小,转角自由度约束对舱壁板变形拟合函数的影响较为明显。所得到的数值计算结果可为相关研究提供参考。     

舰船液舱在静压力下的结构变形及其对舱容的影响

采用理论分析和数值模拟计算相结合的方法对某油船结构变形进行分析。通过建立舱段有限元模型，计算舱段的结构变形；借助三维软件Catia模拟生成和计算液舱容积，较精确地分析液舱在静压力下结构变形的大小及导致液舱容积的变化量，并对液舱容量修正提出相关建议。     

CSR-H对3.5万吨散货船的影响评估

以3.5万吨散货船实船为例,主要通过SDP规范计算和DSA有限元计算,校核CSR-H对该船结构尺寸和质量的影响。在规范计算方面,主要核算不同工况下的轻货舱、重货舱/风暴压载舱的弯曲强度、剪切强度、极限强度和剩余强度对主要结构尺寸的影响。同时,对重货舱同时兼做风暴压载舱第三货舱的所有区域进行屈服强度评估和屈曲强度评估。     

大型矿砂船货舱段结构强度的有限元分析

大型矿砂船(VLOC)具有船体尺度大、载荷高等特点,对高应力区可能产生应力集中的重要结构构件、节点必须进行三维有限元强度计算分析。以250000 DWT大型矿砂船为研究对象,采用通用软件MSC/PATRAN建立舱段结构有限元模型,按照ABS船级社规范,使用SAFEHULL软件,实现了舱段结构强度的有限元计算分析,对货舱段主要构件进行了直接强度评估,保证了大型矿砂船船体结构的强度安全。     

基于CATIA二次开发的散货船舱段参数化设计

采用CATIA二次开发中自动化对象编程(V5 Automation)的方法,通过对散货船货舱段结构特点及参数化的描述,编程自动生成散货船舱段三维模型,以长江散货船货舱段生成为例,验证所用的方法能够快速地生成舱段模型,从而缩短设计周期,节约设计成本。     

New method for ship finite element method preprocessing based on a 3D parametric technique

A new method for ship finite element method (FEM) preprocessing is presented as well as its program development. The method is applicable for all kinds of ships at different levels, such as a whole ship, cargo hold parts or detailed structures. The 3D parametric technique is used when creating ship structures, which improves the modeling efficiency greatly and makes the model easy to modify. A 3D geometric constraint solver is developed to solve the constraint system of the parametric model. A meshing procedure is presented to automatically convert the parametric structure model into a finite element model, by which high quality mesh is generated in the stress concentrated area. It also becomes possible to create finite element models for different levels from the same structure model. Using this method, the engineers avoid much of the complex and laborious work of FEM preprocessing, which consumes a very significant amount of time in finite element analysis, and can pay more attention to post-processing. This method has proved to be practical and highly efficient by several engineering trials. This work is sponsored by “Liaoning BaiQianWan Talents Program”.     

基于响应面法的船底纵桁结构优化设计

提出基于响应面法的船体结构优化方法,对一艘76 000 DWT散货船货舱段的双层底纵桁进行优化设计以验证该方法的实用性。在不同板厚尺寸、相同载荷作用下进行纵桁参数的敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力、最大剪切应力的基础上,应用响应面法的正交组合设计试验方法,得出该舱段船底纵桁最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度、规范要求最小厚度的约束条件下,对该舱段的船底纵桁结构厚度进行优化。     

船体舱段三维有限元模型参数化建模方法研究

提出三维船体舱段有限元参数化建模的设计方法,将船体舱段的有限元网格归类为纵向网格和横向网格,并分别提出相应的算法以实现这两种网格的自动生成.     

FLNG薄膜型液货舱结构强度分析

随着全球对天然气需求的强势增长,更多的投资者把目光投向了天然气储量丰富的海洋。由于FLNG在开采海上气田的优势,相关技术研究开始成为新的热点,但国内的研究尚不够深入。以某采用GTT NO96薄膜型围护系统的的FLNG前端工程设计为例,首先简要的阐述LNG液货舱结构特点,然后采用有限元软件对液货舱的强度加以分析和优化。整个设计面向实船,贴近船东运营需求,可供类似船型的开发参考。     

大型LNG运输加注船结构强度有限元分析

按照DNV GL规范和指南,采用通用有限元计算软件MSC. Patran并结合DNV GL开发的新一代规范计算软件Nauticus Hull V.20和有限元计算软件Genie,以某大型LNG运输加注船中间货舱和第1货舱结构作为评估目标进行有限元分析。根据DNV GL规范,对部分高应力区域也进行细化计算。仿真计算结果表明:甲板气室开口区域和止浮结构强度满足要求,第1货舱舷侧外板需要加强,研究结果对今后中小型液化天然气船的设计有一定的参考价值。     

支线集装箱运输船的多规格集装箱的混装设计研究

支线集装箱船是国际航运业的主要组成部分,目前主流支线集装箱运输船多采用货舱内安装固定式导轨架,装载20ft、40ft标准集装箱；如货舱内装载货其他规格非标集装箱,需要采用移动式导轨架,但也会导致集装箱装载效率低的问题。为了满足多种规格集装箱混装的要求,本文以某1000TEU支线集装箱运输船为例,设计了一型应用于货舱内的的固定式导轨架,以及应用于主甲板的一体化箱柱,大大提高了装载种类和装卸效率。本文的研究成果成功应用到了实船运营中,为支线集装箱运输船货舱多规格集装箱混装提供了借鉴和参考。     

货舱内装载水冷箱的通风数值模拟分析

采用数值模拟分析的方法,以装载水冷式冷藏集装箱船的典型货舱为研究对象,对两种货舱通风模式进行模拟分析,并进一步计算分析4种不同风管布置方案的温度和速度分布情况,根据研究结果得出最佳的货舱通风方案,为装载水冷式冷藏集装箱船的货舱通风设计提供参考。