金属成形数值模拟算法及软件开发

以实现拥有部分算法特色的金属成形定制化CAE （computer-aided engineering）软件为目的,在自主开发的OmtDesk平台基础上,嵌入金属成形数值计算程序.首先,以双势理论为基础,运用Uzawa算法求解金属成形中的接触摩擦问题;其次,采用建立在更新拉格朗日框架上的返回映射算法,求解金属成形中材料非线性问题;最后,通过压缩回弹和挤压成形两个数值算例,验证了自主开发的金属成形定制化CAE软件FEM/Form的准确性与通用性,并将求解结果与ANSYS对比.在压缩回弹算例中,采用ANSYS得到10–3 mm量级的穿透量,相同算例采用FEM/Form则能将穿透量控制在10–7 mm量级,说明采用双势接触模块能更加精确地控制金属成形数值模拟中的穿透量,使金属成形过程更加准确.      

三维曲面船体外板成形加工的新方法

国内外船厂通常采用人工操作压力机与水火弯曲相结合的方式进行双曲度船体外板加工,这种方式生产效率低,质量差,环境差,成为造船过程中的瓶颈.文中提出了基于＂方形压头可调活络模具板材曲面成形装置＂的板材成形方法.它通过一组方形压头组成的可调活络模具代替传统的整体模具,实现对板材冲压时压痕及皱折的有效控制.介绍了其组成及工作原理,并通过帆形板、鞍形板成形试验验证了其可行性.     

机车前围板蒙皮冲压成形模具设计及数值模拟

分析机车前围板蒙皮成形工艺,设计冲压成形模具,利用DYNAFROM有限元软件模拟仿真机车前围板蒙皮冲压成形过程,证明有限元法具有实用性.利用数值模拟结果,验证冲压模具凹型面、凸型面空间复杂曲面尺寸、定位等设计可行性,为实际生产中的模具设计、工艺参数的制定提供参考,减少试模次数,降低生产成本.     

用CV—DORS提取外板信息

船体外板加工的样板制作是船舶制造过程中的一项重要工作,CADDS5在船体结构建模方面功能十分强大,但在船体外板加工检测样板的形状描述方面,却没有提供相应的功能,以CADD5系统为平台,在船体外板加工样板的数据自动生成项目的二次开发中,外板理论面息的获取是项目开发的首要任务与关键。以CV－DORS为开发工具,通过分析船体外板的数据结构及各实体之间的拓扑关系,介绍了自动生成外板加工样板数据和获取船体外板理论面信息的方法,并给出了实例。     

铁路罐车封头冲压成形研究

为保证某型铁路罐车封头冷冲压成形质量,设计了具有圆形拉延筋、矩形拉延筋和不设置拉延筋3种结构形式的拉延模具型面;使用有限元方法,对3种模具结构形式下封头的冲压成形过程进行模拟分析,对比了封头起皱趋势、 成形回弹和料厚变化等模拟结果,并根据仿真结果选择合理的模具结构形式进行了试验.研究结果表明:采用矩形拉延筋进行封头冲压成形,能更有效的避免封头出现起皱、鼓包等成形缺陷,而且成形后回弹量较小;矩形拉延筋模具冲压试验所得封头无成形缺陷,测得封头最小料厚为9.6 mm,最大料厚为10.5 mm,与模拟结果基本一致;采用矩形拉延筋模具进行该型封头冷冲压成形是有效的.      

38万吨矿砂船结构强度计算和加强方案研究

以38万吨超大型矿砂船为计算对象,通过对舱段三维有限元结构建模方法、线外水压计算方法、舱内货物压力的计算方法以及端面施加弯矩等技术,形成了一种的超大型矿砂船舱段结构有限元强度校核的计算方法和评估体系,得出了船体甲板、外板、舷侧和舱壁等主要结构的应力,并真实地预报船体结构应力集中的区域,作为判断船体结构强度提供依据.也为后续的加强方案提供依据.     

高精度水火弯板角变形测量仪研究

水火弯板是船舶制造中加工船体双曲度外板的主要方法.它通常采用人工对样进行操作加工,不利于实现生产自动化.国内外都在研究水火加工参数与成形的量化关系,故需要测量加工后外板角度的变化.文中提出并研制了一种新的角变形测量仪,它采用两个高精度光电编码器构成两个平面,组成测量角度的机构,解决了水火弯板中角变形测量问题.使用证明,它操作简单,能准确实时地测量微小角变形数据,测量精度达±0.01°.     

船体复杂曲面板件成形方法及其适用性探讨

对金属板材复杂曲面渐变式成形方法的三种基本机理进行了分析,对万能弯板机滚压成形船体复杂曲形板零件的原理、特点及适用性进行了探讨,并指出该成形方法继续向数字化、自动化方向发展的必要性。     

基于EFSPD的艏侧推建模及放样探究

船体是一个非常不规则的空间三维结构,特别是船艏、船艉处的线型突变,导致了生产设计人员对这些结构中诸如舵叶、球鼻艏、艏侧推等复杂结构无法准确地进行建模及放样.文章应用EFSPD软件,以某船艏侧推为例,给出了该艏侧推的建模过程,并结合船体放样思路,利用投影关系,有效求出了艏侧推结构中的喇叭板和筒状结构的剖面结构以及与船体外板的交线,从而得到各构件的放样图.文章认为通过EFSPD中的各个模块的组合,结合船体放样的思路,可以有效解决船体三维建模中复杂结构的建模及放样问题.     

造船设备综合能力评价系统研究

重点研究了船体构件加工设备的配置技术,包括边缘加工设备和成形加工设备.在船体构件加工设备静态信息、动态信息建模基础上,进一步建立了设备能力模型.同时,通过面向设备能力评价———基于成组技术的船体构件编码系统,充分利用CBR技术,实现对工艺设备配置技术人员的技术和经验知识的继承和合理利用.运用模糊评判理论对设备进行综合能力的评判,为配置和调度提供技术基础,以期达到设备配置和管理的优化.     

局部气垫双体船阻力性能及片体间距优化研究

基于流体计算软件STAR-CCM＋,使用VOF法模拟自由液面,联立求解N-S方程及运动方程,并结合湍流模型RNGk-ε及DFBI六自由度模型,对局部气垫双体船型阻力性能进行数值模拟计算,计算结果与船模水池试验结果吻合,精度可信,验证了此该数值方案的可行性.在此基础上,针对局部气垫双体船的片体间距对阻力性能的影响进行数值仿真计算,并对结果进行对比分析,得到了不同片体间距下的阻力变化趋势.针对该局部气垫双体船,综合考虑越峰性能及高速段、低速段阻力性能对片体间距进行选取,认为0.34m的片体间距较为合理.文中使用的CFD方法能够有效模拟局部气垫双体船的阻力性能,可用于船型优化设计.     

影响高速三体船连接桥砰击压力峰值因素研究

船舶的砰击问题是一个包含动边界、结构-空气-水三者耦合的非线性、非定常问题,一直是船舶领域研究的前沿热点.新船型高速三体船的砰击问题与常规单体船不同,除了主船体底部砰击外还包括连接桥砰击,这使高速三体船的砰击问题更为复杂.文中利用LS-DYNA仿真软件建立高速三体船结构二维有限元模型,计算其入水过程中连接桥的砰击问题.计算中考虑高速三体船的空气层、结构质量、连接桥宽度和主船体的舭升高角度因素对连接桥砰击压力峰值影响.通过分析,得出各个因素对高速三体船连接桥砰击压力峰值的影响规律.     

某集装箱船推进性能的数值预报

分析了船体兴波作用对推进性能的影响,提出将兴波计算从自航船模流场计算中分离的简化计算模型,并研究了船模预报实船自航点和推进因子的数值方法,同时对KCS缩尺船模推进性能进行了预报,预报结果与试验吻合较好.通过对6条不同缩尺比的KCS自航船模的计算,分析了尺度效应对推进性能预报的影响.     

适装T型翼的三体船阻力性能研究

为了考察T型翼与船体之间的耦合作用对三体船阻力性能的影响,在三体船中体上选择了3个纵向安装位置、2种水平翼距船底基线高度以及3种水平翼迎流攻角情况、共18个工况进行数值模拟和模型试验,探讨了适装T型翼对三体船阻力性能的影响规律,确定了在三体船上安装T型翼的较佳位置.     

小水线面双体船兴波阻力特性研究

介绍了基于米切尔Michell瘦船理论的一种小水线面双体船SWATH兴波阻力计算基本原理．运用敞篷函数对船体表面及流场进行了线性近似,建立了数值计算模型,对一类直／斜支柱SWATH兴波阻力进行计算,重点分析了支柱间距、倾角变化对兴波阻力的影响,并将计算结果与实验测试进行对比,二者基本吻合,证明该方法用于计算SWATH的兴波阻力是可行和有效的．     

基于三维时域Green函数法的船舶在规则波浪中的运动数学模型

在小时间区域采用级数展开法, 在大时间区域采用渐进展开法, 在大、小时间过渡区域采用精细积分法, 对三维时域Green函数进行数值计算; 采用线性叠加原理求解船舶辐射与绕射问题, 构造出船舶在规则波浪中的运动数学模型, 并采用数值方法计算WigleyⅠ型船舶和S60型船舶以Froude数为0.2迎波浪航行时的水动力系数、波浪激励力与运动时间历程。计算结果表明: 由于不规则频率的影响, 当量纲一频率为1.7时, WigleyⅠ型船舶的垂荡附加质量计算结果比试验结果小44%, 当量纲一频率为2.5时, S60型船舶的纵摇阻尼系数计算结果比试验结果小43%;随着入射波频率的增加, WigleyⅠ型船舶和S60型船舶的水动力系数和波浪激励力的大部分计算结果与试验结果的相对误差小于30%, 且二者的变化趋势一致; 对于WigleyⅠ型船舶, 当波长与船长比为1.25时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小11.3%和4.8%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大48.4%, 纵摇幅值响应因子比试验值小48.4%, 当波长与船长比为1.50时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小3.0%和11.3%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大9.8%, 纵摇幅值响应因子比试验值小23.6%。可见, 采用三维时域方法能准确地仿真船舶在波浪中的运动时间历程。      

用面元法预报船舶的兴波阻力及波型

采用基于开尔文源的面元法求解航行于均匀流场中的船舶兴波问题．在船体湿表面上布置开尔文源，使其严格满足船体表面条件．数值计算中，首先采用分部积分对被积函数进行简化处理，然后采用高斯积分实现面元和线元上的积分，避免了被积函数为高频振荡函数所带来的数值计算的复杂性和不确定性．计算结果表明，其波型及兴波阻力系数与试验结果和其他数值方法相比均吻合较好．     

Study on bending conditions of plate in coil box

In a coil box between the roughing and finishing stands on a hot strip mill, a problem has been encountered that the entry region of the plate touches the bending rolls and deforms. As a result, the defective coil occurs. The condition of plate bending, which forms a new deformation feature in coiling, is analyzed. In this paper, the authors focus on the research of the effects of coiling parameters, such as the thickness of plate, roll speed and feeding speed of plate in coil box, and on specific plate bending. A finite element method is developed to simulate this coiling process. Based on numerical simulation, the effects of the coiling parameters on the mechanics and deformation of the bending plate are obtained. Numerical simulation tests have verified the validity of the developed model.     

Numerical study on bank effects for a ship sailing in shallow channel

A numerical study on bank effects in shallow channels is carried out by using a first-order Rankine source panel method. A container ship sailing along a vertical bank and a sloping bank at different forward speeds, different water depths and different distances between the bank and the ship hull is taken as example. The sway force and yaw moment acting on the hull are calculated and the influences of the speed, water depth and distance between the bank and ship hull on the hydrodynamic force and moment are analyzed. This study can provide insight into the bank effects, as well as to give guidance on ship manoeuvring and control in restricted waterways, which is helpful to the navigation safety.