弯曲载荷下骨材贯穿孔孔边应力分布模型试验

考虑到疲劳裂纹主要发生在船舶结构高应力区域,骨材开孔会造成孔边应力集中从而造成疲劳破坏,影响船体结构的安全性,以船舶双层底结构为研究对象,开展模型试验对船舶双层底结构在典型弯曲载荷情况下的骨材开孔孔边应力分布情况进行研究,分析弯曲载荷下不同开孔形状以及不同补强结构对孔边应力分布的影响。试验结果与有限元仿真结果对比表明,二者具有相同的规律和趋势,证明用数值仿真的方法分析骨材开槽孔孔边应力集中问题是可行的。     

压载荷下骨材贯穿孔孔边应力集中模型试验

以船舶双层底结构为研究对象开展模型试验,研究板材中的开孔在承受压力载荷作用下的孔边应力分布情况,分析压力载荷下不同开孔孔型以及不同补强结构对孔边应力分布情况的影响。在此基础上,开展相关仿真分析,将试验结果与有限元仿真结果进行对比,验证有限元仿真的准确性。     

典型船体结构拐角区域的应力分布比较研究

加强结构以保证船体的结构强度为主,合理选择结构形式对于船舶安全航行至关重要。为此,采取奇异强度理论与ANSYS数值模拟方法比较分析了4种典型二维结构拐角处的应力分布及其奇异性,进而针对6种船用典型三维结构,分别在拉伸载荷、弯矩载荷及共同作用的工况下,分析并比较了结构拐角处不同方向的应力分布,并明确了有限元分析方法,希望为实际工程应用提供参考。     

关于在桁材腹板上开电缆和管子孔的探讨

本文根据船舶电缆、管系在桁材腹板中开孔进行光弹性试验的结果和对国内外船舶在船体结构中开孔的归纳分析作了系统的讨论,得出了开孔附近区域的应力分布、应力集中系数和合理补强方法等有价值的数据。     

内河集装箱船弯扭强度分析

以内河集装箱船为研究对象,运用Patran/Nastran对整船建模、施加边界约束载荷及求解。对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构进行优选设计。     

横向载荷下复合材料层合板插层补强设计

船体结构根据实际功能或者结构安装等的需要,对复合材料结构开孔不可避免,因此对于开孔进行补强的研究和设计就显得十分重要。目前对于层合板开孔补强的研究,载荷形式多为拉伸、压缩、剪切或者它们的组合载荷。本文主要讨论的是横向弯曲这种载荷形式下,对插层对称补强设计、插层非对称补强设计2种补强形式进行有限元数值模拟,计算X轴方向应力(S_(11))的最大值,并与未补强模型进行比较,得到S_(11)减小的比例。然后分别讨论补片铺层和补片半径比这2个参数对补强结果的影响;最后讨论在不同补片铺层和补片半径比下,2种不同补强形式S_(11)最大值的变化规律,得出S11最大值减小最多的补强形式。通过上述规律,可以得出在横向弯曲载荷下,不同补强形式、不同补片半径比以及不同补片铺层之间的联系和关系,为开孔补强设计提供参考。     

集成上层建筑复杂开口群理论研究

以船舶集成上层建筑复杂开口群结构为研究对象,对多种可能开口方案进行有限元分析计算。详细讨论开口尺寸、开口间距与上层建筑壁板和加筋骨材峰值应力关系。参考典型船体结构局部应力计算经验公式形式,利用最小二乘法,拟合了加筋壁板及骨材峰值应力部分经验公式。此外,讨论设备重力和摇摆惯性力对结构峰值应力的影响。结果表明,利用典型船体结构局部应力计算经验公式形式能有效实现复杂开口群峰值应力经验公式拟合;设备重力及摇摆惯性力对开口群结构峰值应力影响不大。     

砰击载荷作用下的双体船湿甲板综合优化

双体船由于高航速及独特的结构形式,船体湿甲板处受砰击载荷影响较大,其结构安全受到较大的威胁。采用有限元软件Ansys对目标船湿甲板结构进行参数化建模,运用CFD方法分析求解湿甲板处的砰击载荷。以多学科优化软件Isight为平台,集成有限元软件,以湿甲板各位置板厚、桁材与骨材尺寸和数量为设计变量,以结构应力作为约束条件,以湿甲板结构重量为目标函数,开展砰击载荷作用下的双体船湿甲板优化设计。计算结果表明,考虑结构布局的优化可以以更小的代价实现应力分布均匀化和结构轻量化目标。     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节。本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式。对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义。给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程。     

水下远场爆炸下船舶结构响应计算有限元建模方式影响分析

利用有限元软件ABAQUS,针对船舶结构和设备采用不同建模方式,建立4种水下远场爆炸载荷作用下全船结构冲击响应计算的有限元模型,对比分析船体结构局部与总体冲击响应。结果表明:船舶骨材结构与设备的建模方式对结构局部冲击响应如加速度、应力等影响很大,而对结构的总体响应如剖面弯矩等刚性安装设备采用质量点均摊的方式处理以减小建模的工作量。对于大型的弹性安装设备,需采用质量点和弹簧单元仔细建模。     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节.本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式.对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义.给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程.     

高能搁浅下双层底结构的损伤特性研究

船舶搁浅事故会引起船体破损、环境污染和人员伤亡等严重后果.研究船舶搁浅,不仅有利于海上生命安全、防止海洋污染,还可为船体结构的抗冲击设计及规范航运繁忙区域中船舶的航速、操作规程提供一定的依据.本文用数值仿真法研究了船舶高能搁浅中的内部力学问题,分析了典型双层底结构的损伤变形、受力和能量耗散等结果,提出了一种新式的抗搁浅YF双层底结构,并与原结构进行了比较.研究表明,损伤变形集中于结构与礁石相接触的区域,高能搁浅内部力学问题的研究可以主要考虑局部的船体结构;肋板的存在显著增加了船底结构的抗搁浅能力;高能搁浅过程中,由于垂直方向的接触力,礁石对双层底的垂向贯入量会略有减小;当纵桁远离搁浅区域时,它的吸能能力无法发挥,抗搁浅作用很弱;YF双层底结构比原结构具有更大的吸能能力和抗搁浅力.     

波浪载荷下集装箱船船体结构的受力分析

本文通过船舶三维运动程序进行了船舶运动与波浪载荷分析,运用波谱理论进行了长期波浪载荷分析。利用动态载荷法与ANSYS软件相结合计算了一艘5 500 TEU集装箱船在各种波浪载荷下船体结构的受力和应力分布状况,并与现行船级社规范进行了综合比较,可为船体结构的设计提供参考。     

船舶结构冰载荷的监测识别方法及时空特性分析

冰载荷是主导极地船舶结构抗冰设计的环境载荷，对冰激应变的实船测量是获取冰载荷的重要途径。在我国北极科考期间，对“雪龙2”号极地考察船开展了冰载荷现场监测。论文基于对正应变测点布放位置敏感性的分析，合理制定光纤光栅传感器的安装方案，采用影响系数矩阵法对冰载荷进行识别。在此基础上，针对平整冰区冲撞式破冰工况下冰载荷的整体和局部时空分布特性开展研究。结果表明：肋骨腹板上靠近且垂直于外板的挤压正应变比平行于外板的弯曲正应变更适合于作为冰激应变的观测量；海冰沿船体表面擦碰及受船体下压作用而发生弯曲破坏，冰载荷在船体首肩部呈现自水线下潜至船底的整体空间移动特性；高压力区形状和面积变化不明显、组成部分缺失以及主次压力区转换等瞬时演变形式分别是海冰纯挤压、剥落和非同时挤压等局部破坏模式的外在表现。结果可为船舶结构冰载荷的监测识别技术与时空分布特性研究提供参考。     

超规范散货船船体结构总纵强度有限元分析

对"超规范船舶"总纵强度的校核,规范上的经验公式及常规计算方法已不再适用。以某超规范散货船为例,采用全船有限元分析方法,利用SESAM软件建立水动力模型进行波浪预报并导出设计波,利用MSC.PATRAN建立全船结构有限元模型并施加设计波载荷、货物载荷等对船体结构总纵弯曲强度进行了计算评估。计算结果表明结构应力在许用范围内,且该方法能够准确地反映船体结构的变形和应力分布情况。设计者可以针对高应力区域进行局部加强,这对"超规范船舶"船体结构设计及优化具有重要指导意义。     

循环载荷下船体板极限承载性能研究

研究船体板在轴向循环压缩载荷下的极限承载性能,对于保障船舶的总纵强度安全具有重要意义。本文运用系列方柱试件模拟船体板构件,对其在轴向循环压缩下的极限承载能力进行了试验研究,并运用非线性有限元方法对其中两个试件进行了数值分析。研究表明,船体板一次性崩溃压缩极限强度是循环压缩载荷下船体板极限强度的最大值,基于一次性崩溃理念的船体结构极限强度评估可能偏于危险。     

舰船双层底新型抗冲击结构形式的冲击性能数值仿真研究

双层底结构是舰船机舱的重要组成部分,在船舶局部强度的提高、机舱的防水性等方面发挥着重要的作用。舰船主机在运行时不可避免的产生振动和冲击,该振动和冲击会通过支撑部件传送到双层底结构,并引起双层底结构的受激振动,进而导致其他船体结构的振动和冲击。由于双层底结构是船舶强度支撑的重要部件,其抗冲击和振动性能对船体结构强度和稳定性有重要意义。因此,舰船双层底抗冲击结构形式和减振技术引起了国内外研究人员的广泛关注。本文采用有限元分析技术,对舰船双层底新型抗冲击结构进行了冲击性能研究,主要包括冲击性能数值计算和振动仿真等内容。     

失效准则在船舶碰撞破坏中的应用研究

船舶结构冲击破坏一直都是学者们研究的重点,而碰撞破坏是船舶结构在生命周期内最有可能遭受的冲击破坏形式。因为船舶惯性质量大,在很低的速度下,碰撞也会造成船舶损毁的严重后果。作为判定结构是否失效的关键依据,失效准则对碰撞仿真分析结果的准确性有着至关重要的影响。本文针对典型的船体双层壳结构,结合试验数据,对比尖刀型撞头碰撞仿真下双层壳结构的塑性变形,对碰撞有限元模型及材料本构参数进行验证。在此基础之上重点研究GL、RTCL和JC工程上3种常用金属延性失效准则在碰撞破坏仿真分析中的应用。结果显示:板壳结构在碰撞载荷下,撞击中心的应力三轴度在0.3~0.6之间,考虑应力三轴度的RTCL和JC失效准则更能真实反应板的撞击破坏。而船舶碰撞多属于低速碰撞,应变率效应影响较小。     

非对称围壁加强对耐压圆柱壳孔口应力影响分析

由于单壳体水下航行器开孔加强结构受到外形限制,需采用非对称的围壁进行加强。本文采用数值分析方法,建立典型单壳体开孔非对称围壁加强结构有限元模型,开展仿真分析研究。通过调整非对称围壁高度,对比分析圆柱壳开孔孔边应力值,研究不同高度围壁对于孔边应力集中的影响,获得了非对称围壁加强结构的应力变化趋势,并与对称围壁加强结果进行对比,探究了适用于非对称围壁加强的设计方法,为以后工程设计提供技术支撑。     

基于雨流计数法的高低频复合疲劳试验研究

船体固有频率与遭遇波浪频率及其倍频相接近时,波浪载荷极易引起船体结构产生持续的波激振动现象,对大型船舶结构疲劳损伤的影响达到40 %以上。因此,有必要针对波激振动引起的非线性垂向弯矩载荷特点,开展高低频复合工况下典型切口试件疲劳试验及累计损伤分析研究。基于非线性随机载荷的分析方法,采用闭合雨流计数法提取叠加应力历程中的多级循环载荷,并结合平均应力修正方法和疲劳极限以下SN曲线局部修正法,对叠加应力历程中小载荷的损伤效应展开研究。分析结果表明,高低频载荷叠加产生的附加损伤效应对疲劳寿命的影响显著,在恒定应力比下随平均应力的变化近似成二次函数关系。考虑高频小载荷的叠加应力历程疲劳寿命明显降低,可以通过修正累计损伤临界值或引入应力放大因子,近似的利用线性累积损伤理论预测实际叠加应力历程的寿命范围。