船舶加筋板结构耐撞性能分析

提出计及摩擦力影响后船舶舷侧加筋板耐撞性能分析的一种简化分析方法,详细讨论了球鼻艏撞击作用下舷侧加筋板的渐进破坏过程,给出了相应的撞击力-撞深曲线和吸收能量-撞深曲线。通过与已有试验结果的比较表明,该简化分析方法能对船舶舷侧加筋板结构的耐撞性能做出合理预报,从而可用于设计阶段评估船体舷侧结构的耐撞性能。     

双壳船内壳和外壳结构耐撞性能的分析和比较

依据船舶加筋板结构缩尺模型的耐撞性试验数据,结合理论计算方法,详细讨论双壳船舷侧内壳和外壳结构的碰撞损伤特性,对其进行分析和比较。研究表明:双壳船舷侧内壳和外壳结构在耐碰撞能力方面的差异虽不是很大,但在渐进破坏过程及破坏模式方面却存在明显的区别。这些结论对于提升双壳船舷侧结构的耐撞性能具有一定的指导意义。     

双壳结构形式对舷侧结构耐撞性能的影响

船舶碰撞不仅会引起船体结构的损坏,而且会造成人员和财产的重大损失。对于内河油船或化学品船还可能会造成原油或化学品的泄漏,严重污染稀缺的水资源,威胁河流周围居民的正常生活。本文从提高内河双壳油船、化学品船耐撞性能的角度讨论了双壳结构形式对舷侧结构耐撞性能的影响。采用非线性有限元软件LS-DYNA,在满足双壳舷侧结构体积不变(重量不变)的情况下,分析并讨论了内外壳板厚度、结构布置形式(纵骨大小、纵骨数量)、双壳间距对受撞船舶舷侧结构能量吸收的影响。结果表明:适当增加外壳板厚度和减小纵骨截面的尺寸能提高船舶舷侧结构耐撞性能。同时针对传统双壳结构形式中内壳板所吸收能量占结构总吸能份额较低的特点,比较了内壳板采用波纹板结构(槽形舱壁结构)替代传统的加筋板结构对提高舷侧结构的抗撞能力的影响,收到较好的效果。通过对各种设计方案的计算对比,从中得出了一些具有工程应用价值的结论,为我国制定内河双壳油船碰撞评估指南提供理论依据。     

高温载荷下带隔热层加筋板结构热力响应研究

隔热材料在船舶领域应用广泛，起到良好的稳定舱室温度的作用，但目前对带隔热层加筋板结构热力响应的研究较少。基于热弹性力学，采用直接热力耦合的方法对有隔热层的加筋板在高温载荷作用下的结构热力响应进行数值模拟，确定了更合理的带隔热层加筋板结构热力分析方法，研究了隔热材料的厚度、导热系数和热膨胀系数对加筋板结构温度场和热应力场的影响；计算了将隔热层覆盖区域进行绝热处理时加筋板结构热力响应结果，并与考虑隔热层的复杂模型热力响应结果进行对比分析。结果表明：有无隔热层对加筋板结构的热力响应结果有极大影响，继续增加隔热层厚度，结构的温度和应力均会增大；隔热材料的热膨胀系数在一定范围内对结构的温度结果和应力结果影响很小；将隔热层覆盖区域进行绝热处理后，结构的温度和应力有所增大，各特征点等效应力最多增大了9.42%，绝热简化模型的计算结果相对保守。研究结果可为船舶结构设计和安全性分析提供技术支撑。     

加筋板抗撞击性能的比较研究

研究加筋板的抗撞击性能对于深入理解船舶碰撞的力学机理和开展耐撞性船舶结构设计都具有重要的指导意义。本文用数值仿真法研究了普通的船舶加筋板结构的抗撞击性能，并与三种改进型加筋板作了比较。研究表明，三种改进型加筋板的抗撞击性能均比原结构有所提高，这可为新式船舶结构形式研究提供一定的依据。     

加筋板穿透数值仿真中网格尺寸对失效应变的影响分析研究

运用数值仿真分析碰撞过程时,基于最大等效塑性应变失效准则确定的材料失效应变取值与网格尺寸具有明显的依赖关系,因此,研究碰撞载荷下加筋板网格尺寸对失效应变取值的影响对于评估加筋板架的耐撞性及开展耐撞性结构设计具有重要意义。文中基于LS-DYNA非线性有限元分析软件对光板及加筋板穿透过程分别进行仿真分析,以国外学者相应准静态穿透试验的结果为参照,探讨了加筋板与光板的有限元网格尺寸和失效应变之间的关系,同时对是否有必要考虑骨材与板壳之间的焊缝进行了探究。研究表明:加筋板与光板的失效应变取值存在明显的差异,确定加筋板材料失效应变取值时,应优先参考适用于加筋板网格尺寸与失效应变取值的关系曲线;在决定是否考虑加筋板结构中的焊缝时需要结合网格尺寸与焊缝等效单元的相对大小进行判断。     

船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大。为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作。针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效。然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大。本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系。结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用。研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义。     

船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大.为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作.针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效.然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大.本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系.结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用.研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义.     

内河双壳油船舷侧结构耐撞性分析

提出了内河双壳油船舷侧结构耐撞性能的简化分析方法,详细讨论了球鼻艏撞击作用下内河双壳油船舷侧结构的总体破坏模式及其渐进破坏过程.在考虑舷侧外壳板发生断裂破坏后的剩余抗撞能力的基础上,给出了双壳舷侧结构的撞击力―撞深曲线和吸收能量-撞深曲线,并与有限元仿真分析结果进行了比较.简化分析方法得到的结果与有限元分析基本上是一致的,这表明该方法能对内河双壳油船结构的耐撞性能做出合理预报,可用于这类油船耐撞性能的评估.     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究

船舶遭受其他船船舶撞击会引起严重的后果,典型撞击船船首形式有球鼻首和楔形首,而目前对楔形首撞击下船体结构的耐撞性研究涉及较少。此外,双壳船体结构形式可提升船舶的碰撞安全性。因此,本文开展楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究。设计了双壳结构模型试件和楔形首撞头,开展了准静态压载试验。同时开展数值模拟,准确模拟了双壳结构完整损伤过程的撞击力-撞深曲线和最终破坏形式。研究结果表明:楔形首撞击下双壳结构外壳板和内壳板的损伤模式有区别;与内壳板相比,外壳板因撕裂作用能吸收更多的能量;外壳板与隔板间的耦合作用较小。本文研究成果可为船体双壳结构的耐撞性设计和评估提供技术支持。     

楔形撞头作用下固支矩形板的耐撞性

为了评估刚性楔形撞头作用下固支矩形板的结构耐撞性,本文提出了新的简化理论分析方法,将固支矩形板的塑性变形区域划分为轴对称的4个板块,各个板块的变形均采用抛物曲面的变形模式,推导了楔形撞头与固支矩形板之间撞击力的计算公式,并与试验结果进行对比,数据显示简化理论方法计算结果与试验结果吻合较好.研究表明,提出的简化分析方法能够较好地预报楔形撞头作用下固支矩形板的耐撞性能.     

碰撞载荷作用下加筋板架动响应分析研究

研究碰撞载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解船舶碰撞力学机理和开展船舶耐撞性结构设计具有重要的指导意义。基于最近国外加筋板架碰撞模型系列试验结果，应用数值仿真的方法对其中5种典型加筋板架进行计算分析，得到不同加强筋情形下板架的动态响应特征，并从损伤变形模态及变形大小、应变三个方面与模型试验结果进行对比分析，结果表明两者具有很好的一致性，同时证明了本文碰撞数值仿真方法的有效性。     

舷侧圆管式夹层板结构耐撞性能优化设计

圆管式夹层板是一种新型船舶防护结构形式,通过在单层壳舷侧填充圆管式夹层以提高船体的耐撞性能。由于舷侧夹层结构在增加船体耐撞性的同时增加了船体质量,因此需要对圆管式夹层板进行尺度优化,在确保舷侧耐撞性增强的同时,有效控制船体质量增量。以船首与船侧相撞为例,综合考虑撞深、能量吸收、极限撞击速度和质量,提出一种耐撞性优化指标。基于正交试验设计、BP(Back Propagation)神经网络和遗传算法,得出最优的夹层板尺度,并利用有限元仿真软件MSC/Dytran对船舶碰撞进行数值仿真,从而确定最优的耐撞性舷侧结构设计。结果表明,优化后的舷侧圆管式夹层板结构在提高耐撞性能的同时能较好控制船体质量增量。研究成果在夹层板舷侧结构耐撞性能优化方面具有重要的作用,也为其他新型舷侧结构耐撞性能优化设计提供了参考。     

复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究

[目的]旨在解决复杂加筋组合壳结构缩尺模型的声振试验结果难以准确换算至原型的难题,分析两者的声振相似规律,为水下复杂加筋壳结构声振缩尺模型的试验研究提供依据.[方法]使用面单元模拟加筋方法构建复杂锥?柱组合壳模型及其缩尺模型,基于有限元?边界元法(FEM-BEM)混合方法,计算模型壳体的声振响应,并结合加筋圆锥壳模型试...     

单壳船舷侧结构的碰撞分析

给出一种计算船体结构基本构件——梁、板耐撞性的简化分析方法,并将该方法应用于单壳船舷侧结构的碰撞分析。讨论了球鼻首撞击作用下单壳船舷侧结构的总体破坏模式及其渐进破坏过程,提出了计及渐进破坏过程的碰撞损伤简化计算方法。实例计算结果表明:该简化分析方法能对单壳船舷侧结构的耐撞性作出合理的预报,可应用于船舶设计阶段船体结构耐撞性能的评估。     

固支圆板耐撞性能分析的近似解析方法

提出了一种评估板结构耐撞性能的近似解析方法.从理论上分析了固支圆板在刚性圆球撞头作用下的力学过程,采用对数曲面模拟圆板变形的局部挠曲面,忽略板弯曲效应的影响,导出了能量吸收和板变形之间的近似解析关系式.实例计算结果与有限元计算结果的比较表明,该简化解析方法能够对板结构的耐撞性做出合理的预报.     

均布压力作用下加筋板结构局部补强分析

采用有限元分析方法分析对局部腐蚀的加筋板结构分别采用焊接、粘接补板的方法进行局部补强后原始结构和补板的强度;研究局部补强后加筋板结构的强度与补强方式、贴板厚度等参数之间的关系,计算不同补强方式、不同厚度的贴板补强后结构的最大应力值;对比缺陷区域最大应力值的大小,分析补强方式和贴板厚度对补强效果的影响。分析表明,局部补强后加筋板结构缺陷区域的最大应力值随着补强板厚度的增加而逐渐减小,但补强板的存在并未明显改变补强区域与原加筋板结构连接边界处的应力分布趋势,且使用相同厚度的补强板时,粘接补强的效果要明显好于焊接补强。     

船体夹层板结构耐冲击性能优化研究

为提升船舶的安全性能,研究船体夹层板结构耐冲击性能优化方法,提升夹层板耐冲击性能。综合考虑船体夹层板结构的吸能、撞深、极限冲击速度与最大挠度,建立夹层板结构耐冲击性能优化模型;利用改进遗传算法求解优化模型,得到耐冲击性能优化方案的Pareto解集;通过熵权法,在Pareto解集内,得到最大吸能、最小撞深、最大极限冲击速度、最小最大挠度,对应的夹层板耐冲击性能优化的最佳方案。试验证明：该方法可有效优化夹层板结构耐冲击性能;应用该方法可提升夹层板吸能,提高耐冲击力峰值、延长耐冲击时间,即提升耐冲击性能。     

船体梁极限强度的近似计算

船体梁的总纵强度是反映船舶结构安全可靠的最基本的强度指标。船体结构极限强度评估对于船舶结构初步设计、使用、维护和维修都非常重要，因此船体梁极限强度研究成为近几十年来船舶工程界的热点研究课题之一。到目前为止有两种典型的加筋板和船体梁的极限强度分析方法，它们是直接计算法和逐步破坏分析法。本文基于加筋板单元的平均应力应变曲线和逐步破坏分拆方法，提出了加筋板和船体梁极限强度的简化分析方法，考虑了初始挠度和残余应力对加筋板单元极限强度的影响。数值结果表明，采用本文简化方法得到的结果与有限元计算结果或其它逐步破坏分析结果比较符合。