调距桨桨毂机构静强度的有限元仿真分析

文章对受推力、扭力、扭矩、离心力和螺栓预紧力联合作用下的某型舰船调距桨桨毂机构静强度进行有限元仿真分析。基于ANSYS 12.0软件平台,考虑桨毂部件几何结构及零件间装配接触关系,对桨毂机构整体及零件进行全六面体和六面体与四面体混合有限元建模,研究了桨毂中各零件在正常工况相互作用下的应力大小及分布。重点针对叶根螺栓的实际结构,采用六面体网格分析螺栓有无螺纹区别,证明螺纹的几何特征在强度校核中不能忽略。     

海上风机叶根螺栓瞬态应力分析与可靠性优化

大兆瓦海上风电机组叶根螺栓螺纹副预紧载荷分布非均匀行为是诱发螺栓在高预紧状态下预紧力早期衰退的最主要原因之一。结合海上风机叶根螺栓的预紧工艺,文章从螺纹副载荷非均匀分布行为入手,提出了一种基于螺纹副载荷分布计算的螺纹参数匹配与连接工艺优化方法。首先,构建了参数驱动的螺纹副精细化有限元瞬态动力学模型,并对螺纹牙型角、螺距等特征进行了参数化建模,计算了采用拉伸法工艺预紧叶根螺栓过程中标准螺纹副受载历程与载荷分布状态;然后,搭建了基于拉伸法工艺预紧螺栓的试验系统,以螺栓预紧力瞬时衰减值为判据验证了螺纹副载荷分布行为有限元计算模型的有效性与精度。最后,以某型10 MW级风电机组用M36高强度螺栓为工程应用对象,基于叶根螺栓拉伸法预紧工艺下螺纹副载荷分布对其螺纹特征进行了参数化适配设计。结果表明：采用本文提出的方法,有效控制了拉伸法预紧螺栓过程中的预紧力损失,降低了螺牙的最大结构应力的同时改善了螺纹副的应力分布,有利于提高风电机组的运行可靠性。     

螺栓预紧力的加载方法研究

螺栓预紧力的准确加载对于螺栓应力分析以及螺栓联接组件的受力特性分析起着至关重要的作用。本文以某型调距桨叶根螺栓为分析模型,在有限元分析软件中建立计算模型,采用仿真分析的方法对螺栓预紧力的加载方法进行研究,建模分析计算表明,两种计算方法均能有效地模拟螺栓的预紧效果。     

船舶轴系液压拉伸螺栓的原理及工艺

液压拉伸螺栓将机械连接变成了通过液压力来轻松连接,达到了反复无损伤使用的效果。轴系液压拉伸螺栓是由螺栓本体、中间锥套及液压螺母组成。预紧时,采用液压拉伸器拉紧螺纹,待油压上升至规定的预紧压力值时,旋紧螺母,即完成安装。拆卸时,采用液压拉伸器拉紧螺纹,旋松螺母,然后再次拉伸,取出拉伸螺栓连同中间锥套,即完成拆卸。介绍了轴系液压拉伸螺栓的设计、选型及施工工艺。     

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_t,并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_t的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_t,并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_t的分布规律。[结果]结果表明,K_t的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。     

冲击载荷作用下预紧力螺栓强度特性研究

对冲击载荷作用下的预紧力螺栓进行强度分析,对比分析螺栓联接结构在横向冲击和纵向冲击以及不同预紧力和不同冲击载荷工况下的螺栓强度和结构响应,验算了某舰用汽缸在冲击载荷作用下的螺栓强度。研究表明,螺栓联接在冲击载荷作用下,螺栓的应力响应随着预紧力的变化而变化,且受剪螺栓的预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大;受拉螺栓的强度会随着其预紧力的增大而变薄弱;同时受剪拉作用的螺栓,当预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大。     

船用主轴法兰连接的有限元分析

针对某实船主轴的铰制螺栓法兰连接,采用有限元软件MSC.Marc对连接件进行三维实体有限元模拟分析,研究船用主轴在工作载荷下的工作工况。通过计算得到铰制紧配螺栓法兰连接在螺栓预紧力、螺栓过盈和主轴扭矩推力的影响下各部件的应力和变形情况。计算结果显示:法兰连接中最大应力出现在螺栓中;法兰上的应力水平并不高,且法兰盘上铰制孔到法兰盘边的应力较小。     

综合集成桅杆螺栓连接方式研究

应用ANSYS软件对综合集成桅杆中复合材料和钢材连接部位进行应力分析,采用接触单元模拟螺栓的接触问题。根据6种工况的结果对比分析得出,非等距螺栓布置对降低玻璃钢孔和螺栓的应力水平效果显著,由此得出最优化设计——螺栓间距成比例布置,最优比例为1∶1.2。采用S-N曲线对玻璃钢孔和螺栓疲劳寿命进行了研究。结果表明：成比例间距螺栓布置方式对延长疲劳寿命有益处。     

螺栓预紧力对舰用汽缸力学特性的影响研究

针对螺栓预紧力对舰船设备力学特性影响研究较少的现象,以某舰用汽缸为例,研究螺栓预紧力对其力学特性的影响,对舰用汽缸在无螺栓预紧力和螺栓预紧力不同工况下进行对比,分析汽缸的变形和螺栓的强度。研究表明：为使舰用汽缸工作时发生较小相对位移,增强密封性能,在保证螺栓强度条件下应充分发挥螺栓预紧力作用,其预紧应力应控制在其材料屈服极限的45%～52%之间。     

拼装式浮箱工程船船体及连接装置强度有限元分析

利用有限元分析软件MSC.PATRANNASTRAN对某拼装式浮箱工程船进行整船有限元分析。针对螺栓连接结构的分析,采用MPC模拟和实体模拟两种方法进行比较。结果表明,波浪中拱工况全船结构应力最大,且高应力发生在主浮箱前端壁附近的连接装置及船体结构处。采用实体单元模拟螺栓连接,能更有效地反映浮箱之间的连接特性,此方法更为合理。     

基于特征建模的船用柴油机机体强度有限元分析

基于三维造型软件Pro/E的特征建模技术和有限元软件ANSYS的结构分析模块,建立了某6200型船用柴油机机体的有限元模型.采用更符合实际的边界条件施加方法,在螺栓预紧和缸内爆发压力两种工况下对机体进行受力分析,确定了最大应力部位;同时对机体的疲劳安全性进行了校核.分析结果表明,采用此有限元方法可为机体的强度评估和多方案改进设计提供依据.     

复合材料上层建筑分段吊装方案力学仿真分析

采用有限元法对复合材料上层建筑分段吊装过程进行力学分析并提出合理的吊装方案以控制吊装过程中的变形和应力.考虑到复合材料上层建筑的特点,建立钢骨架和复合材料壳板组成的有限元模型,分析不同起吊约束对上层建筑变形的影响;选取偏于保守的约束条件,进行加载求解.通过计算,对分段结构进行合理加强,确保上层建筑在吊装过程中不发生过大的变形和应力.结合工艺要求,提出4种吊装方案,计算每种吊装方案下上层建筑分段的强度与刚度特性,优选出较为合理的吊装方案.在此基础上还将上层建筑简化为钢骨架模型,分析钢骨架的变形和应力,进一步验证吊装方的合理性,并校核连接钢骨架和复合材料板格的螺栓强度,结合工程实际给出了最优的吊装方案.     

Stress concentration factors in FRP-reinforced tubular DKT joints under axial loads

The stress concentration factors (SCFs) in uniplanar fibre-reinforced polymer (FRP) DKT joints are calculated under five axial loading conditions to determine the maximum SCFs. To this end, 108 finite element models of reinforced DKT joints with different FRPs and geometrical parameters are analysed. Available experimental data and formulas are used to validate the finite element models. The validated finite element models are utilized to investigate the effects of the FRP parameters along with different geometrical parameters on the stress concentration factors in uniplanar DKT joints. The simulations show a reduction of the maximum SCF by around 40% compared to unreinforced DKT joints. The reduction effect increases significantly with increasing the FRP thickness and the number of layers. Despite the notable efficacy of the FRP sheets on the drop of the SCFs in the X-connections, there is not any study or equation on the X-joints with FRP. Therefore, a precise equation is proposed for quantifying the SCFs in X-connections with FRP and is checked against the UK DoE acceptance standard.     

轴法兰螺栓安装失效机理分析

某船在安装过程中发现轴法兰螺栓联接副存在不同程度的咬合。通过现场检查和计算分析,确认螺栓安装失效机理在于加工孔时刀具装夹不正,造成轴法兰沉孔的平面度超差,在对螺栓施加拧紧力矩时,螺栓联接副接触应力超过轴材料屈服强度,从而形成咬合。本文以经典计算和有限元计算作为支撑,揭示了形位公差对螺栓联接的影响,通过控制螺栓联接副的形位公差,同时建议采取适当的防咬合措施,可避免螺栓在安装时发生失效。     

船舶结构强度直接计算中板单元应力的取法

以某油船外底加筋板为例,分析有限元计算中,板单元中面应力和表面应力的差别,说明衡准其强度时应该采用单元形心处的中面应力。     

全长粘结岩锚抗拔受力特性

根据锚杆与锚固浆之间界面耦合机理,分析了岩锚抗拔状态下界面剪应力的分布特征。基于变形协调得出小荷载情况下界面剪应力随离锚固受力点距离的增大成指数衰减,并随荷载增加,界面出现4个变形段,分离段和残余变形段随着塑性区开展产生非耦应力向远端传递。耦合区界面剪应力分布与小荷载情况不同,其相关模量参数可采用综合折减系数表示。同时,提出了单孔多锚杆受力剪应力衰减模型,并通过试验证示了现场锚杆在荷载逐级加大时,剪应力峰值强度的变化规律。     

考虑惯性载荷的多用途船舱口盖强度分析

根据RINA船级社规范中关于舱口盖强度的要求,对某54500DWT多用途船的货舱舱口盖进行了强度校核.使用大型通用有限元软件MSC/Patran建立舱口盖结构有限元模型,计算迎浪和横浪状态下的集装箱惯性载荷以及风雨载荷,得到在这些载荷作用下的舱口盖应力分布情况,并利用CCS_tools工具对屈曲强度进行校核.最后提出了结构改进方案,讨论惯性载荷对舱口盖强度的影响。     

Ultimate strength analysis of a bulk carrier hull girder under alternate hold loading condition,Part 2: Stress distribution in the double bottom and simplified approaches

This is the second of two companion papers dealing with nonlinear finite element modelling and ultimate strength analysis of the hull girder of a bulk carrier under Alternate Hold Loading (AHL) condition. The methodology for nonlinear finite element modelling as well as the ultimate strength results from the nonlinear FE analyses was discussed in the companion paper (Part 1). The purpose of the present paper is to use the FE results to contribute towards developing simplified methods applicable to practical design of ship hulls under combined global and local loads. An important issue is the significant double bottom bending in the empty hold in AHL due to combined global hull girder bending moment and local loads. Therefore, the stress distributions in the double bottom area at different load levels i.e. rule load level and ultimate failure load level are presented in detail. The implication of different design pressures obtained by different rules (CSR-BC rules and DNV rules) on the stress distribution is investigated. Both (partially) heavy cargo AHL and fully loaded cargo AHL are considered. Factors of influence of double bottom bending such as initial imperfections, local loads, stress distribution and failure modes on the hull girder strength are discussed. Simplified procedures for determination of the hull girder strength for bulk carriers under AHL conditions are also discussed in light of the FE analyses.     

锚绞机带式制动器热-结构耦合分析

采用三维CAD软件SolidWorks建立了带式制动器组件的三维实体模型,对其进行瞬态温度场、应力场以及沉头螺钉失效机理等热-结构耦合分析,揭示了瞬态制动过程制动器和摩擦片内部温度场和应力场的分布规律,探讨了沉头螺钉的失效机理,为带式制动器的优化设计提供了依据.     

Stress concentration factors in tubular T/Y-connections reinforced with FRP under in-plane bending load

Stress concentration factors (SCFs) in steel tubular T/Y-connections strengthened with fiber reinforced polymer (FRP) are investigated. In the first step, a finite element (FE) model was developed and verified using data of several available experimental tests and empirical formulas. After that, 134 FE models of T/Y-joints with and without FRP were created and analyzed under in-plane bending (IPB) load. In the FE models, the contact between the FRP layers and the members (chord, brace, and weld) was defined. Results showed that the increase of the FRP layer number leads to the notable decrease of the SCFs. Also, the SCFs of a T/Y-joint reinforced with FRP can be down to 40% of the SCF of the corresponding unreinforced joint. Finally, FE results were used to propose two parametric formulas for determining the SCFs in the T/Y-joints strengthened with FRP subjected to IPB load. The proposed formulas were checked according to the UK Department of Energy acceptance criteria.