冰载荷作用下船体结构强度有限元分析方法

针对船舶在冰区航行过程中船体承受冰载荷的直接撞击作用,存在结构损坏风险的情形,旨在研究建立冰载荷作用下船体结构强度有限元分析的技术实施方法.分析船—冰相互作用特点,研究结构分析时冰载荷的理想化及施加方法,基于冰区船舶结构特点提出极地船舶有限元建模方法,考虑线性和非线性分析方法的差异研究结构强度校核准则,在此基础上,构建线性和非线性有限元分析方法在极地船结构强度分析过程中的实施方法和技术途径.通过实船结构船首和船中结构强度分析的计算验证,该方法具有较好的可操作性,可为极地船舶的结构强度分析提供参考.     

现役散货船板架结构稳定性研究

本文对现役散货船双层底结构的稳定性能进行研究,讨论了结构缺陷对稳定性的影响,提出带缺陷结构的稳定性计算方法,得出了计算双层底板架结构的非线性有限元方法,通过实例计算,证明了该方法的正确性与有效性.并讨论了装载情况对双层底结构稳定性的影响,将有限元方法的计算结果与工程中常用的正交异性板方法计算结果进行比较分析,得出了正交异性板方法的计算结果与实际结构承载能力的差距,并依此给出一修正系数,使正交异性板方法能更好地应用于实际工程.本文还对部分骨材开裂的双层底板架进行了非线性有限元分析,得出不同开裂情况下板架的临界载荷.最后文中还通过实船检测资料,对存在着腐蚀缺陷的双层底结构进行了缺陷分析,并与理想结构的临界载荷进行比较,得出了腐蚀状况对结构的稳定性的影响规律.     

船体结构强度评估的非线性设计波法研究

介绍了一套基于非线性设计波法的船体结构强度评估方案,并以某深水多功能水下工程船为例:基于谱分析方法确定设计波参数;采用DNV船级社推出的Wasim这一基于Rankine源方法的时域线性/非线性船体运动与载荷预报程序,计算并获得船体在非线性设计波下的运动、载荷时历响应;采用Fortran编写接口程序,将Wasim计算得到的水动力网格上的水动压力信息,通过空间映射及插值,传递到Patran有限元网格上;采用MSC.Patran/Nasrtan这一船舶与海洋工程专业常用的有限元软件,计算获得非线性设计波下船体结构应力时历响应,可与线性设计波方法下的计算结果进行了比较。该研究验证了在船舶结构设计中考虑波浪载荷非线性影响的重要性,可为船体结构基于非线性设计波法的强度评估提供参考。     

特征载荷下海工管状结构屈曲临界载荷分析

圆柱形管状结构在海洋工程领域中应用较多，在进行结构设计时，需重点关注其侧向受载时的屈曲强度问题。通过理论分析和数值模拟，对比研究径向线性载荷变化下圆柱壳的屈曲行为，以经典的Donnell壳体理论为基础，得到圆柱壳的屈曲控制方程，并通过本征值分析方法得到结构屈曲的临界条件。采用有限元软件ABAQUS对线性变化径压下圆柱壳的屈曲进行数值仿真。分析得出径厚比是径向线性分布载荷下圆柱壳屈曲临界载荷的主要影响因素，三角形径压下屈曲临界载荷值约为均布径压下屈曲临界载荷值的2倍。     

编制水面舰船结构可靠性设计标准的方法学

编制水面船舶结构可靠性设计标准需考虑以下三方面：（１）载荷；（２）结构强度；（３）可靠性设计方法。一种建议采用的方法已经被开发，它包括以下两个途径：（１）直接根据可靠性设计；（２）根据载荷和抗力因子法设计数据表。按照这种方法，载荷可按线性或非线性处理。评估结构强度时也可以应用线性或非线性分析法。可靠性评估和结构可靠性性设计可以在结构系统的几个层次上进行，如船体梁、板架、板格、板及构件等。不确定因素     

考虑初始缺陷的结构非线性屈曲分析与应用

在船舶结构领域,考虑初始缺陷的非线性结构分析已越来越受到重视,并逐渐引向工程实际应用。在国际船级社协会的共同结构规范(IACS-CSR)和国际海事组织的目标型标准(IMO-GBS)的有关技术文件中,均明确规定了非线性屈曲失效模式中应考虑初始缺陷因素。作者以著名的高级非线性分析软件MSC/Marc为计算分析手段,对初始缺陷结构非线性屈曲分析方法中主要因素影响的敏感性进行了研究,其中涉及深入的探索工作,并提出该类分析工作的规范性准则。     

建立以可靠性为基础的水面舰艇结构设计标准的方法

建立以可靠性为基础的水面舰艇结构设计标准需要考虑下列三个方面：（１）载荷，（２）结构强度和（３）可靠性分析方法。本文提出了一个由下面两种方法组成的新方法：（１）直接以可靠性为基础的设计，和（２）载荷和能力因子设计方法（ＬＲＦＤ）。根据这种方法，载荷可以用线性或非线性的方法处理。同样，在校核结构强度时，也可以用线性或非线性分析的方法。可靠性分析和以可靠性为基础的设计可以在结构系统的不同层次进行，例如     

轴压柱形壳非线性屈曲试验与理论研究

本文研究了轴压不锈钢柱形壳的非线性屈曲行为.通过轴向压缩试验,获得柱壳的载荷位移曲线、失稳载荷、最终失稳模式;在此基础上,采用弧长法对试验壳体进行非线性屈曲计算,分析平衡曲线、临界载荷、临界屈曲和后屈曲模式等非线性屈曲行为,并与试验结果作对比研究.结果表明:在柱形壳受轴压而发生弹塑性屈曲时,端部长度缺陷会在轴压初期降低柱形壳的承载力从而影响临界屈曲载荷,且高度越小时,柱形壳越容易在两端发生形变.但是总体来看,发生塑性屈曲时,端部长度缺陷对临界载荷影响很小.     

C型独立液舱支承结构接触载荷计算方法

为准确地考察、分析液化气船C型独立液舱支承结构区域的载荷传递及应力分布,根据最新的《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》及船级社规范的要求,采用支承区域非线性接触分析方法,选取37500m3乙烷运输船作为研究对象,建立液舱有限元模型,对独立液舱的支承区域进行非线性接触分析,并将该方法与基于杆单元模拟的线性静态分析方法进行对比,获取C型独立液舱结构与层压木的受力特征。计算结果表明,采用非线性接触分析方法所得结果的精度更高。     

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。     

半潜式平台遭遇碰撞的结构响应分析

半潜式平台由于工作水深大,与其他类型的海洋平台相比,其在工作状态下遭遇船舶碰撞的风险最高,事故后果也最为严重。基于非线性动力学分析方法,以某半潜式平台为例,在考虑破损稳性的基础上,对其遭遇船舶碰撞的结构损伤和动力响应进行分析,并进一步针对主要撞击参数的影响进行了研究,为考虑碰撞载荷的半潜式平台结构设计提供参考。     

多用途拖船尾滚筒结构强度计算及研究

该文采用有限元方法对某型多用途拖船尾滚筒的结构强度及稳定性进行了分析及计算,尝试利用了积分加载的方式施加结构的外载荷,分两种不同的工况对结构的主要参数进行了具体分析和比较,计算结果及经验分析验证了该外载荷施加方式的正确性,为尾滚筒的结构强度设计及稳定性分析工作提供了一定的参考。     

Processing method and governing parameters for horizontal wave impact loads on a semi-submersible

Semi-submersible platform has been widely used in offshore oil exploitation due to its excellent performance, but can be attacked by wave impact loads in extreme ocean environments. Determining wave impact loads accurately is of great significance to the design and operation of offshore structures. An experimental study was carried out to investigate the critical governing parameters for the horizontal wave impact loads on a semi-submersible. The wavelet denoising technique and the frequency response function method are employed successfully to remove the effect of noise and dynamic contamination from the experimental data. The strongly nonlinear characteristics of the wave impact load are demonstrated. The results show that wave impact events are governed by the upwell height and upwell velocity. Most major wave impact events occur where both the two parameters are large, and the upwell velocity is more dominant in the wave impact process. In general, larger parameters tend to result in larger peak pressures and higher probabilities of wave impacts. The motion behaviors of the platform are benefit to reduce the occurrence probabilities of wave impact events and maximum impact pressures, owing to the escape velocities following the wave direction and the rotations leading to the above-water structure away from the waves. The insights given in this study provide a motivation and foundation for developing a sophisticated prediction model of the wave impact load on floating platforms.     

Some aspects of the structural design of a mat foundation for various soil conditions

There are several important structural design parameters in the analysis of a mat type structure for a jackup mobile offshore drilling unit. These consist of dimensions for the mat, soil foundation types, and structural loads. Methods for determining the proper dimension of the mat structure, modeling the structure and its loading cases, modeling the soil conditions and a method for identifying critical load cases for each element and load case is presented. By using a database approach for the finite element output for all of the various loading cases, a rational approach is presented which solves the problem of sorting and analyzing all of the elements and load cases, ensuring that all are included and none of the critical cases are missed.     

Predictions of porpoising inception for planing vessels

The inception of porpoising is theoretically predicted for planing vessels. Two different approaches are presented. First, a linear stability analysis is applied to find the porpoising limits while the hydrodynamic coefficients, i.e. added mass and damping coefficients, are determined by either a simplified method or a numerical method. Another approach is to seek the porpoising limits by performing nonlinear time domain simulations. Either the simplified method or the numerical method is used in the simulations. In the numerical method, a 2D+t theory together with a boundary element method is employed. The trim angle limits for porpoising are determined by changing the longitudinal position of the centre of gravity (COG) of the vessel and keeping the forward speed constant. The predicted porpoising limits are compared with Day and Haag’s (Planing boat porpoising, Thesis, Webb Institute of Naval Architecture, 1952) experimental results. The influences of parameters such as the load coefficient, the vertical position of COG and the radius of gyration of the ship are investigated by varying those parameters in the linear stability analysis. In the nonlinear time-domain simulations, by trying different longitudinal position of COG, one can find the critical trim angle when the porpoising commences. The obtained trim limits agree generally with those predicted by the linear stability analysis. Bounded oscillations for the unstable cases near the critical trim angle can be seen in the time-domain simulations due to the nonlinear effects.     

圆筒型FPSO上部模块支撑结构疲劳分析

与船型FPSO相比,圆筒型FPSO没有明显的总纵弯曲,上部模块与船体结构之间通常采用刚性支墩来连接,水平运动所产生的弯矩和装/卸载引起的船体垂向变形对模块支撑结构的影响较为显著。因此,以“希望6号”圆筒型FPSO上部模块支撑结构为研究对象,基于DNVGL船级社规范,介绍一种简化疲劳分析方法。以FPSO运动加速度和船体变形载荷作为载荷输入条件,利用SESAM/GeniE软件进行有限元分析,得到结构在所有组合工况下应力的扫描计算结果。根据作业海域各个方向波浪发生的概率,运用简化疲劳分析方法计算得到所关注节点的疲劳损伤和各个工况对结构节点疲劳损伤度的贡献。结果表明,所关注节点的疲劳强度均满足设计疲劳强度要求;同一节点的疲劳损伤对不同浪向的敏感度不一样。该简化疲劳分析方法同样适用于承受周期性载荷的FPSO上部模块主结构和其他型式海洋结构物的疲劳分析。     

加肋轴对称旋转壳非线性稳定性分析

应用Total Lagrange描述、弹塑性本构关系及非线性壳体理论,建立加肋轴对称旋转壳的非线性稳定性分析的控制方程.将所求得的控制方程应用于截锥壳单元,推导出截锥壳单元的非线性稳定性分析的有限元列式,用截锥壳单元离散和逼近加肋轴对称旋转壳,构成有限元分析模型,从而建立了分析加肋轴对称旋转壳稳定性分析的有限元模型.应用所获得的有限元列式,由平衡路径追踪,求出结构的弹性极值点载荷和弹塑性极值点载荷,将所求得的极值点载荷适当地划分成多个载荷步,求出相应的位移增量,在每一个增量步作特征值分析,由特征值分析求出非线性失稳临界载荷.文中分别将本方法与材料的弹性本构关系和弹塑性本构关系相结合,采用Crisfield圆弧加载法对某精车模型进行平衡路径追踪,得出了该模型的弹性极值点载荷、弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷.所求得的弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷与模型实验测试值均吻合较好,其中弹塑性失稳临界载荷值与实验值更为接近.从而证明:本文方法可直接求出加肋轴对称旋转壳的弹塑性失稳临界载荷,而勿须使用Cg、Cs系数进行修正.     

沿海66m运石船吊臂结构强度有限元分析和稳定性校核

摘 要：利用MSC/Nastran软件对吊臂结构在4种工况下进行了强度有限元分析,并对其稳定性进行了校核。文中介绍了载荷的计算方法和约束条件的施加方法。通过有限元分析得到的结论对同类型吊臂结构的设计和强度分析有一定的参考价值。计算结果表明该吊臂结构强度和稳定性符合规范要求。