T型管节点内环加强研究

本文对 T 型管节点内环加强后的应力分布、应力集中系数及极限承载能力进行了有限元计算和试验分析,提出了参数修正方法,并对加强环形式作了探讨。     

对接接头焊趾应力集中有限元分析

研究焊缝几何参数对应力集中的影响,对于提高焊接结构疲劳强度有重要的意义.本文采用有限元方法,计算了双侧对称加强高和单侧加强高的对接接头焊趾处的应力集中系数,分析了几个主要参数,包括焊趾倾角、焊趾过渡圆弧半径和板厚对于应力集中系数的影响,研究了焊趾处应力集中沿板厚方向的变化情况,在分析大量计算结果的基础上给出了估算两种形式的对接接头应力集中系数的经验公式.结果表明,减小焊趾倾角,增大过渡圆弧半径,可以减缓焊趾处截面形状的变化,改善焊趾处的应力集中;板厚的增加使得应力集中系数增大.并且单侧加强高的对接接头应力集中系数小于双侧对称加强高对接接头的,其减小幅度只与θ有关.     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构稳定性研究

耐压圆柱壳通常采用环肋加强以提高在静水外压作用下的结构稳定性.本文提出了半圆环壳型肋骨加强的耐压圆柱壳结构形式,在理论和模型试验研究的基础上建立了设计计算方法.研究结果表明:半圆环壳型肋骨与耐压壳板有两个连接点,减小了相邻两肋之间的净距离,能较大幅度地提高肋间壳板的稳定性;由于半圆环壳型肋骨侧向稳定性较大,合理设计半圆环壳半径和厚度,增加半圆环面内惯性矩,可以较大幅度地提高耐压壳总体失稳压力.     

海洋钻井平台T型接头的应力分析

本文从A.C.Scordelis提出的把闭合圆柱薄充分成两个半壳的方案出发,通过位移函数及Fourier展开,求解了圆柱薄壳的八阶偏微分方程,得出海洋钻井平台T型接头应力分布的解析解,编制了相应的计算程序。对支、弦管之间的载荷传递系数,提出沿交贯线的垂向位移应根据支、弦管间的位移连续条件来确定的假设,使支管的直径d与弦管直径D之比较大时(d/D>0.3),本解析解的结果与试验及有限元计算结果相接近。最后,对不同几何尺度的T型管接头进行了系列计算,绘成曲线,供设计者参考。     

集装箱船典型疲劳评估节点应力强度因子计算

在基于疲劳裂纹扩展理论的疲劳评估方法中需要确定疲劳热点,并准确求解热点处裂纹应力强度因子。论文将CCS在规范中规定的疲劳评估节点分为四类:1典型对接接头和T型接头焊趾处,2趾端底板,3趾端肘板,4垂直三构件相交角点。分别使用三维有限元技术求解第一类、第二类、第三类节点的应力强度因子修正系数并和BS7910公式对比。结果表明:第一类节点与BS7910公式吻合良好;第二类节点裂纹扩展在趾端范围内时应力强度因子修正系数较BS7910公式大,超过趾端范围内时,应力强度因子修正系数发生突变快速下降并逐渐趋近于1;第三类节点应力强度因子修正系数在整个范围内较BS7910公式大。第二类构件、第三类构件应力强度因子修正系数和BS7910公式误差都很大。为此,分别对第二、三类节点提出了各自的修正公式,它们和有限元计算结果吻合良好。     

焊接结构多轴疲劳寿命预测结构应力法

海洋工程焊接结构形式复杂且遭受随机波浪载荷作用,焊接接头多数处于多轴疲劳状态,而目前工程上主要采用基于单轴疲劳理论和试验的方法预测结构的疲劳寿命。为了提高焊接结构疲劳寿命预测的准确性,文章提出了一种评估焊接接头疲劳强度的新型结构应力法,并与临界面理论相结合,能够用于实际焊接结构的多轴疲劳寿命预测。通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析,证明了文中提出的结构应力法比传统的热点应力法具有更高的精度,以及该方法应用于焊接结构多轴疲劳寿命预测的可行性。最后,应用该方法对一个T型管节点进行了多轴疲劳寿命计算。     

T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算方法

T型接头是船舶与海洋结构物的典型结构形式之一,其焊趾处常常是疲劳热点区域。T型接头焊趾表面裂纹的应力强度因子是船舶与海洋结构的、基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础。本文对T型接头表面裂纹应力强度因子的计算方法,尤其是Bow ness等人提出的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的计算公式进行了分析,在此基础上导出了形式简单,物理意义明确的T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子的简化计算公式,并和相关的应力强度因子的计算结果进行了比较,证明了本文简化方法的可行性。     

T梁与空心板荷载横向分布的对比分析

对于桥梁荷载横向分布系数的计算,T梁常采用正交异性板法(G-M法),空心板常采用铰接板法,两种方法代表着计算荷载横向分布的两种主要理论模型。通过Python语言编写程序,以梁(板)的高度、长度为变量计算荷载的横向分布情况,根据计算值对空心板和T梁的横向分布特性再进行对比。     

船坞超高型管柱支撑设计

阐述了船坞超高型管柱支撑的设计。提出了船坞区域搭载时管子支撑与外板3种连接形式下的支撑设计允许承载力的理论计算，并对目前船坞使用的φ426mm×14mm和φ500mm×18mm两种管子进行计算分析。改进了撑管的底部支撑，提高了超高型管子支撑的使用效果和安全性。     

集装箱船舱口角隅应力集中系数的有限元分析的精度

集装箱船舱口角隅的应力集中是船舶结构强度的一个重要问题。随着有限元技术的发展，目前舱口角隅的应力集中系数大都可以通过有限元计算直接获得。由于有限元分析过程中存在着大量不确定性，通过控制其有限元分析各个步骤的质量来保证有限元分析的精度，已经成为一个重要的研究方向。本文利用现有有限元分析软件（ABAQUS），通过对不同模型简化方法的讨论，给出了正确计算舱口角隅结构应力集中系数的模型简化方法，并在此基础上讨论了网格尺度对应力集中系数的影响。     

船舶板梁组合结构的振动分析

采用Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元和参考轴杆单元,建立了考虑板剪切变形、骨架剪切变形和骨架偏心影响的船舶板梁组合结构振动分析模型,并研究比较了不同船舶板梁组合结构振动分析有限元模型的计算精度。最后通过对某舱室甲板固有频率计算值和实测值的比较,讨论了船舶局部结构振动分析中边界条件处理问题。     

水下爆炸载荷作用下鱼雷结构优化设计

水下爆炸载荷作用下鱼雷结构的动力响应分析是鱼雷结构设计中的一个重要环节.应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法模拟分析了鱼雷在水下爆炸冲击波载荷作用下的动响应.通过大量的数值计算,分析和总结了在不同的纵向和环向加筋数目及壳体厚度的情况下鱼雷各部分结构的应力和加速度响应,给出了一些规律性的曲线和图表.经过对比和分析,最终给出了一种最佳的设计方案,达到了对鱼雷结构进行优化设计的目的.     

复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析

使用能量法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love's理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,然后代入Lagrange方程得到频率方程.通过比较,文中的计算方法所得到的结果与文献比较吻合.采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小.最后还研究了壳体和加筋结构参数以及静水压力的变化对圆柱壳自由振动频率的影响.文中利用平均法来处理加筋结构,简化理论推导并减少了计算.     

纵向受压骨材侧倾计算分析

根据不同计算方法对骨材侧倾的屈曲应力计算结果的比较分析与讨论,基于Bleich公式,得出实际可行的计算公式。通过与有限元计算的比较,表明文中计算公式形式简单、实际设计与计算时应用方便,与有限元计算的结果比较吻合,可以用于实际骨材的侧倾屈曲应力计算。     

Ultimate torsional strength of flat-bar stiffeners attached to flat plating under axial compression

A parametric study based on numerical analysis using an efficient non-linear finite element method code is presented for the simulation of the interactive flexural-torsional failure behaviour of flat-bar stiffeners in plates under uniform axial compression. The restraining effect of the structural components on one another is investigated by varying the plate and stiffener slenderness. Initial imperfection levels partinent to marine structures have been accounted for. Strength curves for the allowable stress at the top of the stiffener due to elasto-plastic torsional buckling are given for use with approximate design formulas.     

二维离散小波转换应用于加筋板格的损伤检测

文章主要是探讨利用小波转换来探测铝合金加筋板格的多重裂缝,在实验中利用小波包节点范数(Wavelet Packet Node Norm)来建立带有铝合金加筋板格的第一模态振型值,并且利用二维离散小波分析来探测裂缝之所在位置.在数值分析方面,利用有限元法分析软件(ANSYS),进行平板之模态振型分析,并以二维离散小波分析探测裂缝位置,证明此方法之可行性.从数值分析与实验两者之结果均证实所提出之方法对于探测铝合金加筋板格的单一或多个破坏程度之缺陷位置,均有较好的检测能力.     

Investigation on structural performance predictions of double-bottom tankers during shoal grounding accidents

An investigation is carried out in this paper for the predictions of structural performance of double-bottom tankers during ship grounding over the “shoal” type seabed obstacles. Hong and Amdahl developed a simplified analytical model for the unstiffened double bottom. This method is carefully studied, verified and then used as the first stage of our prediction. The second stage is concerned with stiffeners since stiffeners are indispensable components for double-bottom tankers. A prevailing way to handle is to smear stiffeners onto their attached plating known as the smeared thickness method. However, the effective ratio in this method is dubious in such shoal grounding accidents. Proper values of this parameter are determined in stage two, and then together with the method in stage one, constitute a reliable and efficient tool for structural performance predictions of double-bottom structures in shoal grounding accidents.A double-bottom tanker is chosen as object for the case study. Finite element models of the hold both stiffened and unstiffened are created for numerical simulations using the LS_DYNA software. Simulation cases cover a wide range of slope angles of the indenter and indentations. Numerical results show that Hong and Amdahl's model in stage one is capable of predicting energy dissipation with high precision but poor accuracy for grounding resistances, and a possible reason may be the neglect of vertical resistance. The updated smeared method proposed in stage two is also proved to be capable of grasping major characteristics of stiffeners. Results and conclusions drawn from this paper can be conveniently applied for assessments of the performance of ship double-bottom structures during shoal sliding grounding scenarios, and will benefit the application of accidental limit state design concept in the ship design stage.     

水下纵肋加强圆柱壳低频振动与声辐射

采用模态叠加法建立了水下纵肋加强圆柱壳振动与声辐射计算模型,其中纵肋的建模采用了Timoshenko梁理论,且考虑了纵肋的径向弯曲、周向弯曲、轴向纵振动和扭转振动。与仅考虑纵肋径向弯曲振动的传统建模方法相比,文中计算结果与有限元解吻合更好。分析了光壳和纵肋加强圆柱壳的振动模态、壳面均方振速和辐射声功率,给出了纵肋对圆柱壳低频振动与声辐射的影响规律。结果表明,加入纵肋后圆柱壳产生了新的振动模态;在低频段某些频率附近,壳体振动有所增强,但高频振动被明显降低;加入纵肋后,圆柱壳在低频段辐射声功率会出现许多新的峰值,峰的数量随纵肋数目增加而逐渐减少,在更高频段上加入纵肋后辐射声功率明显降低。     

Comparisons of calculations with experiments on the ultimate strength of wide stiffened panels

Five specimens of wide stiffened panel with four stiffeners under axial compression until collapse are studied with a nonlinear finite element analysis and Common Structural Rules to compare with the experimental results. The stiffened panel models have two longitudinal bays to produce reasonable boundary condition at the end of edges. Tension tests have been conducted to obtain the material properties of the steel that are used in the finite element analysis. Three boundary condition configurations are adopted to investigate their influence on the collapse behaviour of the stiffened panels. A displacement transducer was used to measure the initial geometrical imperfections of the stiffened plates. The collapse behaviour of the stiffened panels is analysed in finite element analysis with the measured initial imperfections and with nominal imperfections. An equivalent initial imperfection is validated for the ultimate strength of stiffened panel under compressive load until collapse for the panels under consideration. With the same imperfection amplitude, the shape of the column-type initial deflection of stiffeners affects significantly the collapse shape, but only slightly the ultimate strength and the mode of collapse of the stiffened panels. The 1/2 + 1 + 1/2 bays model with restrained boundary condition BC3 gives an adequate FE modelling and is possible to be fabricated in experiment.