激光焊接夹层甲板板格强度计算的子模型方法

提出了基于有限元软件ANSYS的激光焊接钢质夹层甲板板格结构强度计算的子模型方法。分别对考虑激光焊接焊缝缺陷的I型夹层板格结构的壳单元计算模型和体单元子模型进行强度分析,并与全部体单元模型的芯层与上下面板连接处及面板中部处应力分布计算结果进行对比,验证壳单元计算模型和子模型方法用于计算夹层甲板板格强度的正确性。计算结果表明,对强度特征关注区域,可建立多个体单元子模型,确定子模型边界影响区域范围,从而可较为准确地评估夹层甲板板格结构强度特性,包括焊缝处应力分布。壳单元计算模型可获得较为精确的板格变形值,但无法考虑激光焊接焊缝缺陷,获得的焊缝处最大应力值明显偏小。     

气垫船起吊眼板的结构响应分析

为了校核起吊眼板的结构强度,利用MSC．Patran软件分别用壳单元、体单元对其进行有限元建模,在计算缆索拉力时,计算采用梯形分布形式来模拟起吊眼板真实的受力状态。根据计算结果提出一种实用的眼板加强结构——钢质眼板套。利用上述方法校核含有眼板套的眼板结构,此时眼板内缘的应力减小,说明眼板套对缆索拉力进行了分散,降低了眼板内缘的应力水平,达到了预期效果。     

潜艇耐压液舱结构应力分析的有限元法

讨论了潜艇耐压液舱结构应力的有限元解法；给出了中心对称，单跨板壳单元，半跨组合单元、四跨板壳单元，半舱板壳单元等五种力学模型和相应的典型算例；指出了在初步设计阶段可用简单的中心对称力学模型，在详细设计阶段应用四跨左右的板壳单元力学模型来计算耐压液舱结构中的应力。     

含有贯穿厚度圆孔的无限大板的精确三维应力解

应力集中是船舶结构中十分常见且非常重要的现象。文章对远场单向拉伸载荷作用下的含有一个贯穿厚度圆孔的无限大各向同性弹性板进行了理论研究,基于Kane和Mindlin假设获得了三维应力场的精确解,给出了应力集中因子和离面应力约束因子的简明表达式。采用当前的理论解对应力集中和离面约束进行了全面研究,重点分析了板厚的影响。一个有趣的结论是板厚对于径向应力的影响要比面内的另外两个应力分量的影响高一个数量级。另外一个是离面应力约束因子随着半板厚h与孔半径R的比值的变化而改变,并且在垂直于拉伸载荷且沿着孔径的方向上其值在0与2/3之间变化。结果与有限元结果完好吻合,由此证明了当前理论解的正确性。     

覆板对缓解厚板开孔处应力集中的效果和模拟方法评估

针对船舶甲板板等高应力厚板区域开孔的应力集中问题和开孔处覆板的广泛使用现状,在有限元分析方法中利用三维实体单元精确模拟了母板、覆板及焊缝,从而对不同厚度的覆板在缓解应力集中时的效果进行了量化分析。同时针对船舶设计和校核的实际情况,对比了二维单元模拟的不同方法,得出了其中较为准确和可行的方案。     

内河船舶极限强度计算的逐步破坏法程序设计

在船舶设计与强度评估中,为更加真实地了解船体结构的安全极限,要求计算船体梁的极限强度。逐步破坏法由于其计算效率高,结果比较可靠,被广泛运用于大型海船设计,但在内河船舶设计规范中,至今尚无有关极限强度的条款。通过非线性有限元程序计算得到加筋板单元平均应力应变关系,并与Rahman法、CSR法以及ISUM方法计算得到的应力应变关系曲线进行对比,以验证其可靠性。然后,按照一定的规律建立符合内河船舶构造的加筋板单元应力应变关系数据库,并编写逐步破坏法计算程序,在计算过程中,其能根据加筋板单元尺寸自动选取对应的关系曲线;对参数超出数据库的情况,则通过插值实现。     

有限子单元方法在船舶结构弹塑性分析中的应用

本文在平板结构有限单元离散数值计算的基础上,引入了层板子单元模型,也即对每一平板单元沿板厚再加以离散。这样使得平板(正交异性板、夹层板等)的弹性和弹塑性分析有了很大改进。在不增加节点自由度的条件下,既有良好的精度又具有明确的物理概念。在弹塑性分析中平板子单元的应力采用杂交型(Hybrid)平面矩形单元计算。并根据Prandtle-Ruess塑性增量理论、等向强化的Mises屈服准则建立了平板子单元的本构关系式。用增量切向模量法求解非线性弹塑性平衡方程。     

基于等效截面的复合材料板格弯曲正应力计算方法

复合材料板格作为复合材料基本板架结构力学性能的最小分析单元,是由不同厚度、不同材料和不同铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,推导一般情况下的复合材料板格中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,提出复合材料板格各单层弯曲正应力的计算公式。复合材料板格各单层的最大正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,从而将弯曲正应力计算公式由各向同性材料扩展到各向异性材料,为掌握复合材料板架结构应力水平提供方便。此公式形式简洁,便于工程应用。     

C型独立液罐Y接头网格尺寸效应分析

针对板单元模拟Y接头存在的网格尺寸效应导致模型仿真失真问题,设计一系列双耳罐球形封头模型,以3层实体单元模型结果为基准,讨论板壳单元尺寸与厚度、半径以及圆心距的关系,提出了大型液罐Y接头最佳网格尺寸的经验公式,计算精度显著提高,有限元结果更加真实可信。同时研究Y接头处的薄膜应力和弯曲应力的特点,提出薄膜应力和弯曲应力的计算公式。     

大跨径悬索桥高温下屈曲失稳破坏研究

以某大跨径悬索桥为工程依托,利用有限元软件ANSYS,采用全桥为杆系结构,跨中节段为空间精细化板壳实体单元的方法进行建模,得到了桥梁力学分析模型,计算获得了高温下桥梁结构的应力、挠度等关键力学指标。基于钢材板件屈曲原理,推导出高温下钢材板件屈曲应力计算方法,结合有限元计算模型获得了悬索桥高温下屈曲失稳时间,为悬索桥抗火设计提供了技术依据。     

板壳模型在整体现浇板设计中的应用

为了研究板壳模型在整体现浇板桥设计中的应用,通过使用有限元分析软件Midas/civil建立板壳模型,计算得出相对于等效梁格法更为精确,更为接近实际情况的结果。并根据提取板单元的纵横向弯矩以及主弯矩进行配筋设计。板壳模型的计算结果既包括了结构的整体受力效应,又包括了结构的局部受力效应,因此对计算结果要进行局部削峰。     

双层变厚度带肋圆柱壳的整体结构矩阵分析

本文提出了均匀外压下的由圆环板正交连接的双层变厚薄壁圆柱壳的整体强度解析计算方法，利用圆环板与内、外圆柱壳正交连接的变形协调条件，把每跨双层壳作为整体，建立双层圆柱壳段的平衡方程，运用相关矩阵分析手段和相邻壳段的连续条件，将壳段平衡方程组集成待定参数的总体方程。从壳体封端的边界条件出发，计入不同规格的环肋、纵筋、中间支骨、圆环板及其径向筋、周向筋等构件的刚度，囊括了结构纵向上的全部性能，该方法可以准确、简便地求解从单层壳到双层壳各跨段任何部位、构件的挠度和应力，并捕捉结构的薄弱部位。     

钢夹层板数值模拟技术(英文)

Sandwich plate systems (SPS) are advanced materials that have begun to receive extensive attention in naval architecture and ocean engineering. At present, according to the rules of classification societies, a mixture of shell and solid elements are required to simulate an SPS. Based on the principle of stiffness decomposition, a new numerical simulation method for shell elements was proposed. In accordance with the principle of stiffness decomposition, the total stiffness can be decomposed into the bending stiffness and shear stiffness. Displacement and stress response related to bending stiffness was calculated with the laminated shell element. Displacement and stress response due to shear was calculated by use of a computational code write by FORTRAN language. Then the total displacement and stress response for the SPS was obtained by adding together these two parts of total displacement and stress. Finally, a rectangular SPS plate and a double-bottom structure were used for a simulation. The results show that the deflection simulated by the elements proposed in the paper is larger than the same simulated by solid elements and the analytical solution according to Hoff theory and approximate to the same simulated by the mixture of shell-solid elements, and the stress simulated by the elements proposed in the paper is approximate to the other simulating methods. So compared with calculations based on a mixture of shell and solid elements, the numerical simulation method given in the paper is more efficient and easier to do.     

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.     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

大悬挑钢箱梁三维仿真分析

以武汉市二环线大悬挑钢箱梁为例,采用三维有限元,建立以顶板、底板、腹板及横隔板等单元件组成的三维仿真模型,研究了各个单元件的受力和变形特征。结果表明：大悬挑钢箱梁面板横向应力水平数倍于常规钢箱梁,在支撑附近横向应力与纵向应力一样都为控制性因素;三维仿真模型也可分析支座横隔板和挑臂等局部构件的应力;根据结构的受力特征可有效地进行结构优化调整。     

超大型矿砂船典型节点优化设计研究

以两条超大型矿砂船为例,采用节点细化有限元分析方法,对一系列高应力区域进行研究。以双层底局部短纵桁与内底/外底纵骨连接处、槽型横舱壁与纵舱壁相交处、边舱平面横舱壁水平桁趾部等位置为例,对应力集中节点的结构优化方案进行了比较计算,得到的结论对这些区域的节点设计具有一定指导意义。     

潜器耐压液舱结构有限元分析

应用有限元方法对纵骨式耐压液舱结构进行系列计算,通过多参数多工况方案对比分析,详细讨论了耐压壳板半径、液舱壳板半径、耐压船体壳板板厚、液舱壳板板厚、相邻实肋板间距、相邻纵骨间距等参数对液舱壳板和耐压船体壳板结构强度和稳定性的影响,研究结果可供潜器耐压液舱结构设计参考,并为进一步完善耐压液舱结构的理论计算方法提供依据。     

焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射影响研究

文章重点研究了焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射的影响。通过运用热弹塑性有限元法数值模拟环肋圆柱壳对接焊接过程,得到厚板环形焊缝的三维残余应力场和应变场,然后对含有残余应力的环肋圆柱壳动力特性进行研究,并运用有限元法和边界元法分析了低频激励下其水下声辐射的特点。研究结果表明焊接残余应力对环肋圆柱壳声辐射有较明显的影响,不仅使声辐射功率曲线和外场声压曲线向低频移动,而且使在大部分激励频率上含有焊接残余应力结构的声辐射功率和外场声压均大于无焊接残余应力结构。