码头沉箱变形的离心模型试验和数值分析

以某重力式码头沉箱结构为研究对象，进行了基于此码头的两种方案的离心模型试验，研究了不同条件下重力式码头的变形情况；利用非线性有限元程序ABAQUS，建立了挡土墙．砂垫层．地基体系固结问题的数值模型，然后分别以典型重力式码头的离心模型试验和工程原型为计算对象，以离心加速度增长和码头高度增长为加荷方式，对离心模型试验过程和码头的施工过程进行了数值模拟。综合对比了多种条件下码头和地基的变形情况，并探讨了地基土模量、淤积土的开挖深度对变形的影响，分析了施工过程中和竣工后的超静孔隙压水压力的变化和变形规律。     

高桩梁板码头晃动原因分析及处理对策

某高桩梁板码头在运营过程中出现明显的晃动现象。采用三维有限元数值动力分析方法,取码头的1/2排架系统计算结构的自振频率,采用m法模拟桩周土对桩的约束作用,用ANSYS程序进行计算分析不同处理措施下码头第一振动频率的提高值。计算分析表明:采取抛石固桩、桩内灌注混凝土和增设钢撑后,码头第一振动频率提高10%～84%,能有效解决码头晃动问题。     

高桩框架式码头结构的温度效应影响分析

随着国内三峡大坝蓄水工程、白鹤滩水电站的建设，大坝上游的河道水位变化增大，导致高桩框架式码头的框架高度增加，其结构段尺寸也随之增加，温度对结构的影响随着结构尺寸的增加而增大。结合云南省东川港建设项目一期工程格勒旅游中心码头工程，采用ANSYS有限元软件建立温度应力作用下的高桩框架式码头实体模型，研究温度变化对结构造成的不利影响，同时研究了水平撑对结构温度效应的影响。结果表明：季节性升温后，结构最不利位置位于上层梁及顶板下部，该区域拉应力较大，可能出现混凝土拉裂破坏；季节性降温后，结构最不利位置位于底梁；在结构中设置水平撑能够有效降低结构的温度应力。     

船舶撞击码头动力响应有限元分析

以3万吨级船舶以较快速度平行靠泊高桩码头为例,对不同方法计算出的最大船舶撞击力进行比较分析。应用有限元方法对船舶撞击码头的过程进行了数值模拟,根据码头结构产生的最大拉、压应力和混凝土强度破坏准则判断码头的损伤情况,由此确定码头升级改造的可行性。     

堆载过程中分离卸荷式板桩码头结构变形特性

分离卸荷式板桩码头结构主要由前墙、锚碇墙、拉杆以及卸荷平台体系组成,通过卸荷平台体系承载码头上部结构荷载,以达到减小前墙荷载、加大港池开挖深度的效果。对这种新型码头结构堆载过程进行的数值模拟是码头数值模拟的基础。通过FLAC3D软件进行数值分析,探讨堆载过程中,分离卸荷式板桩码头的受力与变形特性,以及码头结构上土压力分布规律。通过与原型观测数据和离心模型试验结果对比,验证堆载模拟方法的合理性。     

大水位差全直桩框架码头排架中的水平撞击力分配系数研究

针对大水位差全直桩框架码头多层系缆层以及相对于传统高桩码头存在纵横撑的两大特点，应用sap2000对结构多种水平撞击力工况进行了数值分析。通过计算各排架基底剪力与撞击力的比值，得到了各工况下排架的水平撞击力分配系数。分析结果表明：撞击力位置越低，荷载分配越集中，分配系数越大；纵撑增大了结构的纵向刚度，改变了荷载传递途径，有利于水平撞击力的均匀分配；同时，横撑有利于撞击力的横向传递，但不利于撞击力的纵向分配。     

基于CDEM的高桩码头承载力数值模拟

主要采用基于连续介质的离散元方法(CDEM)对高桩码头结构进行数值模拟.对CDEM方法在结构分析中应用验证可行的基础上,采用随机网格的方法对不规则抛石棱体进行模拟,根据实际的高桩码头建立数值计算模型,分析了其在不同加载条件下承载力的大小,得出码头结构破坏以及破坏程度的临界荷载.同时提取结构关键点的位移,将其与相对应的不同的加载等级进行详细分析,得出了破坏前后不同的直线型与抛物线型增长方式,为海洋工程结构的设计与分析提供了有价值的参考.     

大水位差架空直立式码头平面框架结构水平承载力分析

针对内河高水位差架空直立式码头的结构形式,对多种荷载下的结构静力非线性响应做了数值分析,通过与室内模型试验测试数据对比,验证了分析方法的可靠性。随后对该类结构进行了大量的数值计算,得到了码头结构和桩基在不同荷载下的力学响应。分析结果表明:利用静力非线性分析方法,能够较好地分析结构受力响应的过程,同时还能发现其中的薄弱环节;在结构分析中计算各类截面塑性铰的性能,很容易判断构件是否屈服或破坏;对于该类结构,在结构优化设计时,宜分成桩1和其它桩两类,通过优化两类桩之间的联系方式使结构受力更合理。     

大水位差架空直立式码头平面框架结构水平承载力分析

针对内河高水位差架空直立式码头的结构形式,对多种荷载下的结构静力非线性响应做了数值分析,通过与室内模型试验测试数据对比,验证了分析方法的可靠性.随后对该类结构进行了大量的数值计算,得到了码头结构和桩基在不同荷载下的力学响应.分析结果表明:利用静力非线性分析方法,能够较好地分析结构受力响应的过程,同时还能发现其中的薄弱环节;在结构分析中计算各类截面塑性铰的性能,很容易判断构件是否屈服或破坏;对于该类结构,在结构优化设计时,宜分成桩1和其它桩两类,通过优化两类桩之间的联系方式使结构受力更合理.     

某高桩码头结构行车移动荷载分析

为了研究码头结构在上部刚架行车移动荷载作用下的结构安全性,针对某钢-混凝土混合刚架式高桩码头结构,建立桩基、周围土层、码头平台结构和上部刚架整体三维数值模型,并利用ANSYS有限元软件进行数值模拟.结果表明:码头结构最危险工况为南、北两侧行车同时移动到刚架水侧悬臂端并考虑大车刹车荷载;结构位移、应力及内力对南、北两侧大车同步同向运动工况敏感性较强;桩基轴力均为受压状态,岸侧E排桩体不存在上拔情况.这些认识可为同类高桩码头移动荷载分析和设计提供参考.     

自升式平台管结构碰撞损伤机理研究

文章以自升式海洋平台桩腿直管结构为研究对象,采用简化解析法和有限元数值仿真法对其在侧向冲击载荷作用下的变形机理进行了研究。文中首先基于前期试验,对管结构的变形模式进行了简化,并利用塑性力学理论求解出管结构的碰撞力与撞深解析表达式。然后利用有限元软件ABAQUS,对管结构的动态响应进行了数值模拟,将得到的碰撞力与撞深曲线与解析结果对比,以此验证文中解析方法的准确性。该文的研究成果可以为大型平台结构碰撞性能研究提供技术支撑。     

船体典型结构局部强度考核试验模型设计

针对船体舱段模型典型结构,设计易于实际操作实施的缩比模型试验方案;通过有限元软件对板架水下爆炸响应进行分析．对比各个缩比模型在水下爆炸载荷作用下的响应规律．寻找为完成不同试验目的而设计的最佳试验方案。数值分析结果表明：纵桁和实肋板梁模型在水下爆炸作用下的动力响应可验证梁在爆炸冲击载荷作用下的理论分析方法,十字交叉梁塑性变形可验证实船板架结构中交叉梁系的结构动力响应分析方法。双层底板架结构的塑性变形可对舰船局部强度考核的理论分析提供基础,缩比模型计算结果与实船较为一致。计算结果对舰船型号研制和强度考核具有理论指导意义。     

聚脲涂层舷侧板架抗撞性能试验研究

针对船舶舷侧结构抗碰撞问题,开展有无聚脲涂层舷侧板架落锤试验研究。以某型舰船结构为依据建立舷侧板架有限元模型,利用瞬态动力学软件MSC/Dytran对模型进行数值仿真并确定落锤高度及试验工况。在此基础上,制作模型板架进行有无聚脲涂层舷侧板架落锤冲击试验,分别获得有涂层和无涂层舷侧板架在碰撞冲击载荷作用下的损伤变形、破口大小及碰撞力,对比研究聚脲材料的抗撞防护性能。结果表明,聚脲涂层的存在能够加强舷侧板架的耐撞防护性能。     

复合抗弹结构设计及隔热性能验证

超高分子量聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合板具有良好的抗侵彻性能,但受温度影响明显,其热损伤的临界温度仅为147℃.为了避免火灾产生的高温使UFRP层合板失去抗弹性能,设计了以船用钢为前/后面板,SiO2气凝胶毡为隔热层,UFRP层合板为抗弹层的复合抗弹结构.在A60耐火等级标准条件下,对复合抗弹结构的有限元模型进行瞬态热分析,探索了复合抗弹结构内部的温度分布与SiO2气凝胶毡隔温层厚度的关系.根据有限元仿真结果,近一步对SiO2气凝胶毡隔热层厚度为20 mm的复合抗弹结构单元开展耐火试验.结果表明:SiO2气凝胶毡具有良好的隔热性能,在A60耐火等级标准条件下,保持复合抗弹结构中UFRP层合板抗弹性能完好所需的SiO2气凝胶毡隔热层厚度至少为20 mm.     

结构冲击试验的校准计算

非线性有限元方法日益广泛地应用于结构冲击损伤的数值模拟计算,其可靠性和精度是值得关注的问题.本文为国际船舶结构大会(ISSC)对于本专题合作研究的部分结果.本文用超大型油船船侧结构碰撞大尺度模型试验的测量结果,验证非线性有限元方法及其代表性程序MSC.Dytran的计算效果.通过准静态和动态试验资料与计算结果的比较,指出非线性有限元方法在钢结构冲击(碰撞)计算中的有效性,同时指出正确实施计算过程,特别是有限元网格密度对于计算结果精度的重要性.对于结构在同一位置经受多次冲击的累积损伤计算,本文提出了一种非常简单但准确有效的模拟计算方法.     

钛合金导流罩结构抗冲击计算

导流罩结构作为舰艇结构重要的首部结构形式,其在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能不容忽视。为研究导流罩结构的抗冲击性能,以某船钛合金导流罩结构为研究对象,应用大型有限元计算软件ABAQUS,建立有限元模型,采用声固耦合法进行水下爆炸数值仿真计算。通过模拟导流罩结构在船上的安装边界条件,设定水下非接触爆炸冲击工况,计算得到了导流罩结构在爆炸冲击载荷作用下的等效塑性应变、位移、加速度等动态响应,并给出了基阵安装位置的频率特性和冲击环境。研究表明,导流罩底部外板为导流罩结构的危险区域,导流罩基阵安装位置处的响应以中低频段为主。     

Local crushing of HCP100 structural foam due to low-velocity impact

An experimental and numerical study of the local crushing of Divinycell HCP100 structural foam due to low-velocity impact is undertaken. The study deals with a two-dimensional configuration, where foam beams are subjected to normal impact by gravity driven steel cylindrical impactors. During the impact tests, the foam specimens are entirely rested on a stiff steel substrate to limit the overall bending deformation. The quantities, measured during the impact tests, are the contact force, the load-time response, and the deflection. A two-dimensional numerical model is developed to simulate the deformation induced in the impact process. For this purpose, the ABAQUS/Explicit finite element computer code is used. The HCP100 foam is modeled as an elastic–plastic material with hardening. Results from finite element analysis are compared to test data and the correlation is found to be very good. The present work is a step towards developing a damage tolerance design methodology of HCP100 structural foam.     

两船碰撞数值模拟的参数影响分析（英文）

In the present analysis, several parameters used in a numerical simulation are investigated in an integrated study to obtain their influence on the process and results of this simulation. The parameters studied are element formulation, friction coefficient, and material model. Numerical simulations using the non-linear finite element method are conducted to produce virtual experimental data for several collision scenarios. Pattern and size damages caused by collision in a real accident case are assumed as real experimental data, and these are used to validate the method. The element model study performed indicates that the Belytschko-Tsay element formulation should be recommended for use in virtual experiments. It is recommended that the real value of the friction coefficient for materials involved is applied in simulations. For the study of the material model, the application of materials with high yield strength is recommended for use in the side hull structure.     

船闸底板大体积混凝土时变温度场数值模拟分析

针对施工期大体积混凝土温度场时变性,结合遗传算法对绝热温升参数进行反演,选取对时变温度场敏感度较大的单位质量水泥最终放热量Q0和实常数n作为反演对象并求得最优解。基于实测环境参数及反演结果,建立了ANSYS三维有限元传热模型,数值模拟结果与实测数据对比表明,水化热温度场时效模式更能准确地模拟工程实际。时变温度场与温差变化规律分析结果表明:大体积混凝土分层浇筑施工的温度峰值跟层厚与浇筑间隔等有关,且不一定位于各层中心;温度峰值历时曲线和里表温差历时曲线发展规律相似,可近似用于温控时间节点的参考。     

Study on collision between two ships using selected parameters in collision simulation

In the present analysis, several parameters used in a numerical simulation are investigated in an integrated study to obtain their influence on the process and results of this simulation. The parameters studied are element formulation, friction coefficient, and material model. Numerical simulations using the non-linear finite element method are conducted to produce virtual experimental data for several collision scenarios. Pattern and size damages caused by collision in a real accident case are assumed as real experimental data, and these are used to validate the method. The element model study performed indicates that the Belytschko-Tsay element formulation should be recommended for use in virtual experiments. It is recommended that the real value of the friction coefficient for materials involved is applied in simulations. For the study of the material model, the application of materials with high yield strength is recommended for use in the side hull structure.