舱内爆炸载荷作用下箱型船体节点结构强度分析

为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度。基于Ansys/Ls-dyna显式动力有限元软件,建立LNG运输船箱型舱段结构的有限元模型,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁链接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。     

接触爆炸作用下舰船箱型梁结构的止裂效应仿真分析

为研究箱型梁在舰船结构抗爆中的止裂效应,首先通过模型试验分析不同加筋对板架破口大小和裂纹扩展的影响,然后在此基础上,利用商用有限元程序MSC/Dytran对舰船箱型梁结构的抗爆止裂效果进行仿真分析。结果表明,在接触爆炸下,板架的强力构件(如特大筋)对破口大小和裂纹扩展能起到很好的限制作用;通过将模型数值计算与试验结果进行比较,验证了应用程序和计算模型参数的稳定性与可靠性;箱型梁在舰船结构抗爆中能起到很好的止裂效果,这是由于一方面箱型梁的存在对甲板边板和舷侧顶板以及两者之间的连接进行了加强,减小了甲板和舷侧外板连接处的应力,另一方面,作为舰船整体结构的强力构件,箱型梁本身就能有效阻止破口及其裂纹的扩展,从而大大降低舰船结构整体的毁伤程度。     

冰载荷作用下舷侧骨架典型节点有限元分析

[目的]为了探索横骨架式破冰船在冰载荷作用下舷侧骨架典型节点的受力情况,需要针对舷侧典型节点进行数值分析。[方法]首先,基于一艘PC2级重型破冰船,根据中国船级社(CCS)规范,对该型破冰船的冰载荷进行规范计算,得到本次计算的冰载荷;然后,采用有限元分析软件MSC/PATRAN创建舷侧骨架典型节点的有限元模型,在破冰船外板上施加具有代表性的冰载荷,计算舷侧骨架典型节点的应力状态;最后,通过不断变更典型节点形式,得到关注区域的应力分布差异。[结果]不同典型节点形式应力大小的对比分析显示,在舷侧纵桁区域选择肋骨穿越,在甲板区域选择肋骨断开的结构形式更优。[结论]总结并提出的破冰船舷侧骨架典型节点结构形式的设计要点可为肋骨穿越形式的结构设计提供一定的参考。     

船舶圆弧过渡肘板节点的屈曲破坏研究

船体构件腹板在连接端部逐渐升高形成圆弧过渡肘板节点,较大的腹板尺寸导致其受弯时易出现屈曲破坏,从而影响船体结构的安全性。以典型圆弧过渡肘板连接的横梁-肋骨节点结构为研究对象,采用极限强度试验与非线性有限元模拟方法,研究肘板节点受弯时的破坏模式、极限载荷以及屈曲过程,讨论肘板臂长、圆弧半径、面板厚度对节点结构屈曲破坏的影响。结果显示:考虑初始缺陷的非线性有限元模拟结果与试验结果一致;根据肘板尺寸的不同,屈曲破坏的位置包括靠近肋骨的横梁腹板区域以及肘板与横梁过渡圆弧处的腹板区域;随着肘板臂长的增加,不同圆弧半径时节点的极限载荷均为先增大后趋于不变;随着圆弧半径的增加,肘板臂长较小的节点极限载荷缓慢上升,肘板臂长较大的节点极限载荷则近似呈线性增长趋势;面板厚度对极限载荷的影响较小,随着面板厚度的增加,极限载荷先缓慢增加后趋于不变。     

单舷侧散货船肋骨上下端的支撑结构比较分析

对于单舷侧散货船肋骨上下端支撑肘板是否采用延伸结构形式的问题,采用有限元方法进行计算分析,比较应力计算结果,检验肋骨上下端肘板支撑结构的有效性.结果表明,肘板末端添加延伸结构无益于肘板处的应力水平.     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

以“南海胜利”FPSO原作业区的第三次延寿项目为研究对象，对纵骨与横舱壁、横向强框的连接节点，舱内桁材大肘板趾端节点，模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点，以及与内转塔装置连接处的结构节点，分别采用了简化疲劳方法、热点应力法及谱疲劳分析法，对不同部位节点进行疲劳评估，并针对疲劳高危节点，通过合理的结构形式改造，进行结构的疲劳寿命改善设计。本文旨在探索疲劳评估方法与寿命改善设计在FPSO延寿改造中的应用。     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

为探索疲劳评估方法和疲劳寿命改善设计在浮式生产储油卸油装置(FPSO)延寿改造中的应用,以"南海胜利"号FPSO原作业区的第3次延寿项目为研究对象,分别采用简化疲劳方法、热点应力法和谱疲劳分析法对船体纵骨与横舱壁和横向强框架的连接节点、舱内桁材大肘板趾端节点、模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点和单点系泊系统与船体连接处的关键节点进行疲劳评估。针对疲劳高危节点,通过合理的结构形式改造,进行结构的疲劳寿命改善设计。     

加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计

[目的]在水下耐压圆柱壳结构开孔围栏与环向肋骨连接处,易出现应力集中。[方法]为此,提出一种开孔围栏与环向肋骨连接肘板拓扑优化设计方法,以有效降低肘板区域的局部高应力。首先,采用子模型技术对连接肘板区域结构进行精细化应力分析;然后,以连接肘板为设计变量,考虑耐压壳板、围栏和肋骨特征点的应力约束,以肘板区域最大应力最小化为目标函数进行拓扑优化,并对拓扑优化结果进行工程化处理,得到最终的肘板形式。[结果]计算结果表明,面板局部加宽的肘板形式可以有效降低应力集中程度;开孔围栏位置横向偏置时,远离中纵剖面一侧的肘板面板加宽长度较大;连接肘板与开孔围栏中心偏置时,肘板面板关于其腹板对称设计即可。[结论]所做研究可为类似结构设计提供参考。     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

梁肘板节点的强度研究

船舶结构大部分是由节点连接在一起的,了解节点的受力特性及内力分布规律,可以指导改善节点设计,有利于整艘船舶。文章针对梁肘板节点,利用有限元对其强度和应力分布状况进行研究,讨论了肘板臂长、厚度及骨材端部间隙对应力计算结果的影响,从等强度和应力集中的角度进行分析,提出规范中该节点的合适尺寸建议。     

循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度研究

[目的]为充分考虑焊接初始变形和残余应力在内的完整初始缺陷,需开展不同循环弯矩下的箱型梁塑性变形分布和极限强度研究。[方法]首先,选用各向同性的强化材料模型与Chaboche材料模型,采用Python语言编制程序并直接在有限元软件中施加初始变形;然后,采用ABAQUS软件针对箱型梁开展多种循环弯矩模式下的极限强度非线性有限元数值模拟,同时考虑焊接初始变形、残余应力、材料强化及鲍辛格效应的影响。[结果]研究结果表明：单向循环弯矩下,箱型梁抗弯刚度和极限强度将随着循环次数的增加而不断下降,塑性变形将从箱型梁的上顶部向侧部区域扩展,其中同时包含焊接初始变形与残余应力缺陷的箱型梁有限元模型处于极限状态时的塑性变形区域更广;相较于单次加载,经过3次双向循环之后,仅考虑初始变形的箱型梁极限强度下降了10.44%～15.15%,而考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度下降了8.41%～14.50%。[结论]在循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度的下降趋势更为缓和,所得成果可为循环弯矩下箱型梁的极限强度研究提供参考。     

水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式初探

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA和ABAQUS对水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式进行了探讨.分别对传统单壳舷侧结构;双层舷侧结构;双层舷侧结构,舷侧边舱灌满水;双层舷侧结构,舷侧边舱注入一半水;Y型舣层舷侧结构共5种结构的抗远场水下非接触爆炸性能进行了对比计算分析.比较分析了这5种舷侧结构舰体及内部结构的加速度、速度及应力响应数值.研究表明,在远场水下非接触爆炸条件下,双壳结构的抗冲击性能比起传统单壳舷侧结构有很大的改善,而Y型双层舷侧结构的抗冲击性能则明显优于这两种结构.     

船舶典型节点弯曲载荷作用下极限强度试验研究

[目的]船舶结构中的各构件是由节点连接在一起的,连接节点的力学性能对整船的极限强度影响很大。为了解节点的受力特性,[方法]通过对不同节点型式的试件进行弯曲载荷下的极限强度试验,分别得到其载荷位移曲线、节点应力分布以及破坏形式,并分析各试件的极限强度与平均刚度特性。[结果]结果表明:三角形肘板加强节点试件的极限强度大于圆弧形过渡加强节点试件,但其平均刚度比较大的圆弧试件小;在同等载荷条件下,三角形肘板加强节点处的峰值应力大于圆弧形过渡的加强节点试件;不同大小、相同节点形式试件的破坏形式相同,而大小相同、节点形式不同试件的破坏形式则差别很大;大小两组试件间的极限强度与平均刚度的变化规律一样,但变化的程度不一样。[结论]所做的分析及试验结果可以指导优化船舶的节点设计。     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

载荷下纵向箱型梁横隔板设计

采用数值模拟的方法,计算比较不同形式和厚度横隔板的纵向箱型梁在给定爆炸载荷下的结构响应,结果表明横隔板的厚度和结构形式对箱型梁的抗爆防护能力有较明显的影响,在给定的爆炸载荷条件下,适当增加横隔板厚度可以提高箱型梁抗侧向变形能力和对内部管线的保护能力。     

半潜式平台大肘板局部切割作业的结构应力监测与分析

某半潜式平台立柱与浮箱间的8个大肘板需要在坞修中拆除并更换新的大肘板,通过结构有限元方法可以分析大肘板拆除过程的安全性,但在坞修中平台外部载荷和支撑条件的不确定性为建立精确的有限元模型带来困难。文章针对一处大肘板,提出了一种应力释放局部切割流程和应力监测方案,采用光纤光栅传感器对应力释放过程中大肘板及附近8个关键位置的应变情况进行了实时监测。采用Mises屈服准则计算得到局部切割过程中各测点的相当应力,分析了局部切割过程中不同位置的应力变化特点。分析得到切割前8个关键位置的初始应力状态,为有限元模型提供校核依据,最终获得了经过验证的有限元模型,为进一步研究切割方案安全性和分析新大肘板初始应力状态奠定基础。     

多用途船绞车、锚机基座及支撑船体结构强度计算分析

建立17 600 DWT多用途船艏部绞车、锚机基座及支撑基座船体结构局部有限元模型,依据CCS规范对基座及支撑基座的船体结构进行直接计算及分析,结果表明,在甲板上浪、锚机基座承受45%锚链破断力及挚链器受80%破断力三种工况下基座及支撑结构强度均满足规范要求,但基座肘板与甲板连接处、锚链筒与甲板连接处及基座腹板下方的船体舱壁处应力较大,分析不同肘板自由边过渡形式对连接处应力的影响,提出合理的肘板自由边过渡形式。