冲击载荷作用下船体变形的数值模拟研究

为了提高船体在冲击载荷作用下的刚度和强度,从而应用在船体的强化设计中,研究冲击载荷作用下船体变形的数值模拟方法,提出基于连续体模型应力评估的船体变形的数值模拟模型,进行船体变形的应力屈服力学分析,建立在冲击荷载下的船体变形的延性断裂行为学模型,采用断裂韧度的规则化测试方法进行船体变形的数值模拟,结合连续体模型应力评估方法进行船体变形的机械强度分析和屈服响应评估,实现船体变形关联约束参量的准确评估和数值模拟。仿真测试表明,采用该方法进行冲击载荷作用下船体变形的数值模拟的精准度较高,通过准确模拟船体变形应力参数进行机械强度设计,改善船体抗冲击载荷能力。     

基于断裂行为的水下机器人抗压疲劳损伤测试

水下机器人在受到大深度海水压力时容易产生断裂,为了提高机器人的抗压强度,提出一种基于断裂行为的水下机器人抗压疲劳损伤测试方法。在CAD/CAM平台上进行水下机器人抗压疲劳损伤系统的总体结构分析,构造水下机器人受力参量的估计模型,建立水下机器人机械荷载力学方程,采用断裂行为评估模型进行水下机器人抗压疲劳的力学估计和参量可靠性分析,在大深度的液态介质环境下建立水下机器人的机械流场应力模型,实现水下机器人抗压优化设计,延迟机器人的断裂行为。仿真结果表明,采用该模型进行水下机器人的机械结构应力场分析和抗压疲劳损伤测试,能有效提高水下机器人强度,增大水下机器人工作海深,抗疲劳损伤性能较好。     

船舶耐碰撞结构设计有限元分析研究

为了提高船舶机械结构强度,从而提高船舶的耐碰撞能力,提出一种基于有限元分析的船舶耐碰撞结构设计方法。在CAD/CAM平台上进行船舶耐碰撞疲劳损伤结构分析,采用连续体模型分割方法进行船舶的机械结构强度分解,结合有限元分析方法进行船舶耐碰撞应力结构分析,以屈服强度和船舶荷载强度为测试约束指标参量,进行结构强度的力学分解,在有限元仿真软件中进行应力评估,实现船舶结构优化设计。测试结果表明,采用该方法进行船舶耐碰撞结构设计,对船舶的结构力学分析结构准确度较高,船舶的结构强度得到增强,耐碰撞性能提高。     

不同参数下船舶运输前缘阻力的数值模拟研究

为了提高船舶运输的动力性能,进行船舶运输运动力学分析,构建不同参数环境下船舶运输前缘阻力的数值模型,采用阻尼力载荷评估方法进行船舶运输前缘阻力数值分析研究,提出一种基于延性力学评价的船舶运输前缘阻力仿真模型,构造船舶运输前缘阻尼的约束参量模型,采用刚度强化约束机制进行运动力学建模,结合自适应解耦构件力学评估方法,实现不同参数下船舶运输前缘阻力的数值量化评估和自回归分析,提高力学参量估计的准确性。仿真结果表明,采用该模型进行船舶运输前缘阻力参数评估的准确性较高,实现对不同参数下船舶运输的运动力学优化建模,以此指导船舶流体力学设计。     

多工况应力下船舶多载荷作用下连续体结构拓扑优化

在多载荷作用下,为使船舶连续体结构的拓扑算子与工况应力条件保持统一变化趋势,提出多工况应力下的新型船舶连续体结构拓扑优化方法。受限选取适宜的船舶载荷变量,再根据连续体结构的单元密度过滤条件,设置多载荷拓扑空洞值,最后在计算船舶连续体结构刚度的基础上,对整体优化流程进行完善,完成多工况应力下船舶多载荷作用下连续体结构拓扑优化方法的搭建。对比实验结果表明,在多载荷作用下,应用新型优化方法后,船舶连续体拓扑结构与工况应力条件间的最大影响参量可达1.24,远超理想最大影响参量0.66,使船舶连续体结构的拓扑算子与工况应力条件达到高度统一状态。     

基于疲劳强度的舰船甲板支撑结构设计方法

舰船甲板支撑结构在受到高强度的海水和载重的压力作用时,容易产生断裂,为了提高舰船甲板支撑结构的抗压强度,提出一种基于疲劳强度优化的舰船甲板支撑结构设计方法。构建舰船甲板支撑结构的疲劳应力分布和屈服响应模型,采用有限元分析方法进行舰船甲板支撑结构的断裂行为评估和抗压能力预测,构建舰船甲板的机械荷载力学方程,通过对方程的优化求解得到满足最大疲劳强度和承载能力的应力系数,以此指导舰船甲板支撑结构设计。仿真测试结果表明,采用该方法进行舰船甲板支撑结构设计能提高支撑结构的载荷,疲劳应力强度得到提升。     

变刚度楔形体板架落体砰击试验研究

通过对具有四种刚度的两个二维楔形体板架的自由落体试验,测量模型入水速度、砰击压力和结构响应,获得模型底部板架在砰击载荷作用下的响应特征;对结构模型在均布静压力作用下的应力响应进行结构力学分析;比较试验和计算得到的应力响应,获得作用在模型肋骨上的砰击压力的折减系数,从而使该结构在设计时仍可按常规的静力计算方法进行强度校核。通过试验,深入研究了折减系数与结构刚度的关系,并指出在船体局部结构设计中应充分注意刚度变化对折减系数的影响。     

船型结构物的总纵强度直接简化计算技术研究

从简化载荷施加和力学三维有限元模型的建立上进行了船型结构物的总纵强度直接简化计算技术的研究。直接简化计算技术绕开现代流行却复杂较难实现的设计波方法,借助规范波浪载荷的分布,结合现代数值计算技术,利用数值积分实现波浪载荷的模拟,同时寻求船体静水载荷分布数值化和解决三维粗网格模型的快速模拟,最终实现船型结构物设计载荷的数值模拟和总纵强度的三维设计。文章旨在寻求适合于前期设计阶段的船体结构总纵强度三维设计技术,并有效解决质量分布模拟而引起的一些客观问题,同时突破传统的二维剖面设计中非连续结构参与总纵强度的主观性判断,从工程应用角度快速有效地完成船体结构刚度和强度设计。     

水下碰撞对耐压壳体极限承载能力的影响

极限承载能力是考察深海装备耐压壳体结构稳定性的重要标志。具有自航能力的深海装备在水下作业时,存在着水下碰撞的可能性。这种在高应力状态下的冲击作用会对耐压壳体的极限承载能力产生很大的影响。本文基于有限元软件建立2种常见耐压壳体水下碰撞的仿真模型,计算碰撞前后耐压壳体的失稳临界载荷,重点讨论了碰撞速度对结构塑性变形和剩余强度因子的影响,所得结果可以为水下碰撞失效模式判断和深海装备自航安全性保证提供借鉴。     

发射筒热力耦合场下力学性能研究

发射筒是潜载导弹发射装置的重要组成部分,需要有足够的强度和刚度满足不同发射条件。本文结合实验数据,建立仿真模型,通过静力分析得到压力和结构载荷作用下的变形和应力分布;通过温度场分析得出筒上温度分布及温度载荷作用下应力应变情况;通过热力耦合场分析得到发射筒整体变形与应力分布。结果表明:在气压和结构载荷作用下发射筒最大变形1.5 mm,筒底应力125 MPa;温度场下温度自筒底段至筒体段阶梯分布,热应力作用下最大变形3.5 mm,最大应力317 MPa;热力耦合场下发射筒最大变形4.23 mm,最大应力384 MPa。3种工况下分析结果显示温度载荷是影响发射筒应力应变的主要因素,设计时在筒底圆弧面中心处需要加强。     

新型消防用水下搜救机器人研发设计

介绍了一种消防用水下搜救机器人的设计,该水下机器人具有价格低廉、功能齐全、实用可靠和操作简便的特点,可完成水下多自由度方向运动、水下定位,不同目标的可视化探测和成像识别等作业。本文完成了消防用水下机器人的总布置设计,设计了电子舱的结构并对其进行了强度校核,评估了机器人水下稳定性,设计和论证了机器人的推进系统。     

地质调查船月池结构局部强度评估及优化

采用直接计算法对地质调查船的月池结构强度进行评估。对调查船全船建立有限元模型,并对月池结构进行细化;考虑月池区域局部载荷最大的工况,利用频域内的三维势流理论和设计波法计算地质调查船在各工况下的波浪载荷,同时考虑各工况下月池结构处井架支脚的支反力,进而计算月池结构在不同工况下的应力响应。参考散货船结构强度直接计算分析指南对月池结构强度进行评估,对不满足许用应力标准的结构给出了优化方案并进行了进一步的校核。结果表明,三维势流理论和设计波法为带有月池结构的船舶波浪载荷的计算提供了有效的技术手段,采用直接计算法所得到的评估结果可为该类船舶的设计开发提供参考。     

豪华邮轮全船有限元分析

采用英国劳氏船级社规范包络线外载荷,对中型豪华邮轮进行全船有限元计算分析。建立全船有限元结构模型和质量模型,将设计载荷加载到整船模型上,施加适当边界条件,同时采用合理的调平方法对全船载荷进行调平,并对船体梁载荷进行调整,得到整船应力状态和相对变形。使用沿船长分布的弯矩、剪力包络线载荷得到结构全船响应,载荷覆盖所有纵向结构,全船有限元分析让设计初期全船结构的薄弱环节一目了然,为全船结构强度分析评估及进一步优化提供重要基础。     

温度场对水下航行器电池舱段结构强度和刚度的影响

利用CATIA和Ansys Workbench软件建立了某型水下航行器电池舱段的实体模型和有限元模型,根据《CB 1235-1993鱼雷环境条件和试验方法》,对电池舱段进行动力学分析。首先研究了结构正常工作条件下电池舱段工作时内部锂/亚硫酰氯电池发热及外部海水温度不同产生的温度场对结构强度的影响。其次分析了不同贮存、运输温度环境条件下,电池舱段结构抵抗脉冲冲击载荷的能力。结果表明,随着海水温度升高,电池舱段内外温差减小,电池舱段受到加速度载荷时的等效应力及变形也随之减小。在脉冲冲击载荷作用下,温度对结构强度及刚度的影响呈非线性。在20℃时,结构的等效应力及变形最小。随着温度正向及负向的变化,等效应力及变形都将增大。     

超大型浮体柔性连接器极限强度模型试验研究

本文针对五模块横向下浮筒式超大型浮式结构物,基于刚性模块柔性连接模型计算获得连接器的工作载荷和极限载荷,结合超大型浮体结构形式和连接器构型特点,设计并开展了柔性连接器结构极限强度模型试验,获得了连接器结构的失效模式和极限强度.试验结果表明该连接器设计合理、连接安全、结构可靠,为验证柔性连接器极限强度评估方法和优化柔性连接器设计方案提供了依据.     

超深水钻井船总强度评估的应力设计波法研究

针对超深水钻井船总强度评估的等效设计波方法进行了探索研究。鉴于超深水新型钻井船的月池开口对船体强度具有重要影响,特别针对月池角隅位置探索了以应力为目标的设计波研究方法,针对目标单元进行屈服校核。通过比较分析基于传统主控载荷设计波和应力设计波的船体结构应力结果,探索应力设计波方法在超深水钻井船上的应用。结果表明,应力设计波法对关键位置的应力极值搜索更为全面,得到的结构关键位置的屈服应力总体上大于传统主控载荷设计波法,能够更全面地涵盖目标位置可能出现的最大应力。基于应力设计波法对具有特殊结构的新型钻井船总强度进行评估,可以弥补传统主控载荷设计波方法的不足,更好的保证船体结构安全。     

CALM系统水下管汇整体结构有限元分析

为评估南海某海上单点卸油CALM系统水下管汇各部件强度,用ANSYS软件建立包含管汇结构及管道部件的水下管汇整体有限元模型,给出其有限元分析方法,得到水下管汇在操作工况和极端工况下各部件的应力分布,指出水下管汇强度最薄弱位置。校核结果表明,该水下管汇各部件强度均满足规范要求。     

起重机基座支撑结构强度分析

依据《船舶与海上设施起重设备规范》(2007)和船舶结构图纸应用有限元方法进行支撑结构强度分析,确定模型范围和计算工况选取载荷和边界条件。对结构应力变形结果进行分析,确定主要破坏载荷和载荷传递的方式及强度不足的部位和原因。通过对结构加强方案进行直接计算,优选出3种满足结构强度和起重机正常工作刚度要求的加强方案,并进行加强方案的有效性分析,得到载荷传递和应力变化规律。从力学性能和施工工艺两方面对3种加强方案进行比较,确定出既满足强度要求又便于施工建造的加强方案。     

船用起重机箱梁结构轻量化仿生设计

对船用起重机箱梁结构进行优化设计,提高起重机箱梁结构的强度的同时,降低梁的重量,提出基于接触载荷塑形结构分解的船用起重机箱梁结构轻量化仿生设计模型,构建船用起重机箱梁结构的动力学方程,采用纵向定常运动分析建立船用起重机箱梁结构的控制参量模型,采用变形行为分析方法分析梁结构运动轨迹,构建仿生控制下的微观固体接触模型,实现起重机箱梁结构的轻量化设计。仿真结果表明,采用该方法进行船用起重机箱梁结构的轻量化仿生设计,能提高起重机箱梁结构的强度,梁结构的应力屈服响应能力提高。     

水动力载荷下复合材料螺旋桨强度评估

为开展水动力载荷下复合材料螺旋桨强度评估研究,首先采用ANSYS/CFD计算螺旋桨流体模型在设计工况下的水动力载荷,并基于ABAQUS软件通过编码INP文件将水动力载荷施加于螺旋桨结构强度模型上;然后基于Hashin失效准则,分析不同铺层角下螺旋桨可能出现的失效模式,进行复合材料螺旋桨结构强度的评估分析;最后,依据应力等效原则,将水动压力载荷等效为集中载荷,开展模型桨静强度试验和仿真计算。结果显示:仿真计算结果与试验结果吻合良好,最大误差在9%以内,验证了复合材料螺旋桨强度评估方法的可靠性。