冰区航行中船体结构冰压力分布特性的离散元分析

冰区船舶表面冰压力分布规律是其结构安全预警和冰载荷监测的重要辅助信息.本文采用基于GPU(Graphics Processing Unit)并行和粘结-破碎模型的离散元方法模拟平整冰在不同冰况条件下的破碎过程,进而获得船体结构表面的冰压力分布和大小.在冰压力的计算中,考虑时间上的累积效应,即累积最大值和累积平均值,从多个角度分析了船体结构表面的冰压力危险区域和冰压力分布特性.通过船体结构直行破冰的离散元模拟,分析了船体结构的总体冰载荷和局部冰压力.为验证本文方法在船体结构冰压力分析中的可靠性,根据冰载荷的IACS规范计算了船体结构与大块浮冰自由碰撞过程,对比分析了碰撞点上的冰压力.计算结果表明,离散元计算结果与规范对比误差保持在6.7％～18.1％之间.本文方法为冰区船舶的设计研发提供了可靠的分析手段,其计算结果可为船体结构的冰区航行安全预警和冰载荷监测提供合理的辅助决策信息.     

基于反向方法的船体冰载荷研究

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

基于反向方法的船体冰载荷研究（英文）

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

基于动力刚度法与离散方案库的船舶板架结构动力优化设计

文章提出了一种基于动力刚度法和离散方案库的船舶板架结构动力优化设计方法。首先把船舶板架结构分解成由多个离散梁组成的组合结构,使用动力刚度法来分析计算带有机械隔振装置的船舶板架结构的固有频率和动力响应;应用等效静力算法计算结构在动载荷下的应力分布。与传统有限元方法相比较,文中分析方法具有计算精度好、运算速度快的优点。针对船舶板架结构的特点,结构动力优化设计选取纵桁和横向构件剖面惯性矩作为设计变量以减少设计变量的个数,并建立满足构件剖面尺寸搭配关系要求的构件尺寸方案库,在方案库中选择惯性矩大于设计变量取值且剖面面积最小的构件,直接得到结构参数离散值。最后通过船舶板架结构的动力优化实例验证了文中方法的有效性。     

船体结构强度直接计算中的外载荷节点化方法

在船体结构强度直接计算方法中，需要建立三维有限元模型，船体所受到的外载荷也应相应地转化为有限元节点力。本文给出了外载荷节点化的方法并编制相应的程序，用于船舶直接设计计算中。     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节。本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式。对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义。给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程。     

基于剪流分布规律的节点力加载方式在船体结构有限元分析中的应用

船体结构强度评估是船舶建造与设计过程中的重要环节.本文在总结研究现有的船体结构有限元分析加载方式的基础上,提出基于剪流分布规律的节点力加载方式.对于为模拟船体梁载荷而在各剖面处施加的集中力以及为进行强度计算需在各剖面处施加的调整载荷,使用本文方法将其离散至单元网格节点处并于与加载,得到的结果符合船体梁弯曲时的应力分布规律,这对于正确进行船体结构强度评估具有重要意义.给出适用于计算机实施的规格化加载过程,以实现船体结构有限元分析的自动加载过程.     

基于水动力—结构模型的VLGC强度和疲劳分析

超大型全冷式液化气船（VLGC）是国际上公认的设计及建造技术难度最大的船型之一,VLGC波浪载荷是船舶设计计算分析的重要载荷,准确的评估波浪载荷对船舶强度的设计非常重要。论文从DNV先进的水动力计算软件HydroD对VLGC船满载和压载工况下的波浪载荷进行了计算,得到了VLGC船相应工况下的运动响应和短期预报、长期预报值,并把计算出的波浪载荷传递到全船结构有限元结构模型中,加载分析得到了VLGC船的应力分布,对相应地方做了适当改进和加强,并对典型节点进行疲劳强度分析,得到了典型节点的疲劳寿命。对VLGC船整个波浪载荷传递到有限元模型的这一套流程做了分析和研究,也为进一步应用水动力方法计算其它船型的结构强度和疲劳寿命打下了良好的基础。     

起重机支撑结构局部强度直接计算方法研究

起重机在船舶上有着广泛的应用,起重机作业时,不仅需要考虑起重机自身的载荷,同时还要考虑船舶的横倾、纵倾,海上风力的影响。因此支撑结构的受力较为复杂,为了结构安全,需要进行强度计算分析。本文运用Patran/MSC.Nastran软件对起重机支撑结构模型进行有限元计算,并对计算结果分析,验证构件强度满足相应规范的要求。     

南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究

以一艘200方抓斗式疏浚船为例,阐述船舶波浪载荷长期预报和全船有限元直接计算方法。讨论不同波浪散布函数对船舶波浪载荷计算结果的影响。针对不同海域进行波浪载荷长期预报,通过对比分析得到南海海域波浪载荷水平,提出了南海工作船舶波浪载荷预报建议。在此基础上,对全船进行结构有限元分析,得到不同海域中全船结构应力水平,并对船体局部结构进行了优化,为在南海进行施工作业的疏浚船的设计提供参考。     

冰载荷空间分布对舷侧结构响应的影响

极区船舶与浮冰发生碰撞时,冰载荷压力并不均匀,主要分布于结构与浮冰接触的中心区域,这与冰区加强区域结构设计和强度校核采用均布压力作为设计载荷并不一致.参考真实压力分布,以实测压力分布形式离散模拟冰载荷,形成考虑空间分布的冰载荷加载方法.建立舷侧结构有限元模型,分别以均布和考虑空间分布的离散方式将基于能量法计算所得冰载荷作用于舷侧,同时考虑不同浮冰形状和作用位置对空间分布的影响.结果 表明,冰载荷的空间分布对结构响应结果的影响较大,其中浮冰形状为楔形,且作用位置为板格中心的加载工况最为显著.研究过程与结论可为极区船舶设计考虑船冰相互作用时的冰载荷加载方式提供参考.     

深水/浅水铺管起重船尾部结构设计

介绍了深水和浅水铺管起重船尾部的结构和布置,针对铺管起重船尾部区域具有设备多、局部载荷大和结构形式复杂的特点,分析了尾部结构设计中的难点。通过采用有限元方法对尾部结构进行建模、加载和计算,评估了尾部船体支撑结构以及起重机基座结构在各种载荷(特别是起重机载荷)作用下的强度。通过对计算结果进行进一步的分析,比较了深水和浅水两种类型的船舶尾部结构特点。另外介绍了使用有限元计算方法对尾部结构进行简单优化的设计过程。最后得出了具有实用价值的结论。     

基于船基海冰参数现场测量的极区船舶结构冰激疲劳损伤分析

论文建立了一种极区船舶结构冰激疲劳评估方法。基于极地科学考察船在北极现场的测量数据，分析得到海冰的统计特性；由冰厚和航速的联合概率分布，得到极区环境航行的典型工况。采用离散元方法建立船-冰作用模型，获取不同工况下船首局部区域的冰载荷分布。将局部冰载荷施加在船首有限元模型的对应区域，采用插值方法计算热点区域应力幅值和循环次数。根据累积疲劳损伤理论，将各工况的疲劳损伤叠加，得到总损伤。为验证该方法的准确性，将船舶结构冰激疲劳寿命计算结果与英国劳氏船级社规范进行了对比分析。结果表明，该方法可很好地应用于极区船舶结构冰激疲劳设计。     

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.     

参数化建模在舰船结构设计和载荷强度分析中的应用

高速船的船体结构应力/载荷与应力条件较为苛刻,因此,想要提高高速船舶的结构设计,必须要对高速船舶的结构件进行系统的力学分析与仿真。Ansys有限元仿真平台的功能强大,能够有效的模拟高速舰船在不同受力状态下的载荷强度和应力集中系数。Ansys APDL能够采用参数化建模的方法快速的建立不同结构的有限元模型。本文结合Ansys APDL系统地研究高速船板架结构在不同载荷下的应力应变,有利于提高结构设计强度。     

搁置脚载荷作用下的甲板压力分布特征实验和数值分析

[目的]船舶上装载物的搁置脚与甲板之间存在着复杂的接触关系,不能简单地将搁置脚载荷视作均布载荷来处理。为探讨在搁置脚载荷作用下船舶甲板结构的压力分布,[方法]以某大型装备的搁置脚为例,首先采用有限元方法对其进行非线性接触数值计算,并分析在甲板板上的压力分布特征。然后,通过实验验证搁置架与甲板的接触力分布规律,并在此基础上提出一种运用等效轮印载荷代替搁置脚载荷的简化计算方法,以此将复杂的非线性接触计算转化为线弹性计算。[结果]结果表明,搁置脚与甲板之间的接触力主要分布在强横梁处和搁置脚前端,其中搁置脚前端的接触力使甲板板具有较大应力,该应力约占总载荷的25%;实验结果与数值计算结果吻合较好。[结论]所提简化计算方法对此类甲板设计及强度计算具有较好的实用性。     

基于谱分析法的船舶结构疲劳强度评估

本文采用基于谱分析法的直接计算法对某船舶结构进行疲劳强度评估。基于三维势流理论与北大西洋海况对该船舶进行水动力分析,得到了满载巡航工况下的波浪压力分布和舱段端面的水平弯矩、垂直弯矩、横向扭矩。同时根据船舶具体结构形式和数值计算的可行性对船体结构进行适当简化,并选用合适类型的单元对船舶结构进行离散,从而得到了船舶三舱段有限元模型。将波浪压力、惯性力、端面弯矩等载荷施加到舱段有限元模型上,得到了典型热应力点的疲劳强度应力值,然后通过谱分析法估算出疲劳寿命。研究结果可为该船舶初步设计阶段的结构优化提供有益参考和借鉴。     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。     

适于大型工程结构的移动变载荷等效冲击加载方案研究

为探讨移动载荷作用下的大型工程结构采用标准有限元程序进行动态响应分析的可行性,提出了移动变载荷的冲击等效加载方案,将时变连续移动载荷等效为一系列作用位置及有效作用时间均不同的冲击载荷,加载在有限元模型上进行结构的动态响应分析.以分析移动载荷作用下梁的动态响应为例,验证了该冲击等效加载方案的可行性,分析了积分步长及载荷离散时间步长对计算结果的影响,指出在一个载荷离散时间步长内,采用8个左右的积分步长,可保证计算精度.该等效方案可以拓展到移动载荷作用下的大型结构动态响应有限元分析.     

超规范散货船船体结构总纵强度有限元分析

对"超规范船舶"总纵强度的校核,规范上的经验公式及常规计算方法已不再适用。以某超规范散货船为例,采用全船有限元分析方法,利用SESAM软件建立水动力模型进行波浪预报并导出设计波,利用MSC.PATRAN建立全船结构有限元模型并施加设计波载荷、货物载荷等对船体结构总纵弯曲强度进行了计算评估。计算结果表明结构应力在许用范围内,且该方法能够准确地反映船体结构的变形和应力分布情况。设计者可以针对高应力区域进行局部加强,这对"超规范船舶"船体结构设计及优化具有重要指导意义。