逆有限元法在船体加筋板结构变形重构中的应用

对结构变形重构技术进行了研究，利用基于最小二乘变分原理的逆有限元法对多种案例的船体加筋板结构进行位移重构，研究了逆有限元模型网格对重构误差的影响，通过MPE误差分析验证了逆有限元法的可行性以及对复杂结构的适用性。为了使逆有限元法更具有工程实用性，结合改进的遗传算法为离散测点的数量和位置选择提供了依据，结果表明通过优化测点布置，可以在保持高精度逆有限元重构结果的同时，大量减少逆有限元模型中测点的数量。     

基于多点应变对船体垂向弯曲倾角进行校正的方法

通过对舰船的受力及角度变形规律进行研究,推导应变转角关系数学模型。在船体表面布置若干个应变传感器,即可由结构应变获得船体垂向弯曲倾角。利用数值试验模型对提出的模型进行"数值试验"验证。结果表明,利用本文所提出的模型获得的目标数据具有较好的精度。该方法能克服当前常用方法占用较大空间、需固定基准点和测量功能单一的局限性。利用光纤光栅传感器测量船体应变获取结构弯曲倾角,可对船体变形引起的船体局部姿态信息误差进行校正,为舰载武器装备提供较高精度的姿态基准。     

基于模态曲率法的海洋平台结构损伤识别与定位研究

针对海洋平台结构特点,将海洋平台结构分为若干子结构,基于模态曲率法结合模态应变发展了一种适用于海洋平台结构的损伤识别与定位方法.为了验证该方法的可行性和有效性,以一典型导管架平台为数值算例,建立有限元损伤模型,分别进行了单构件损伤及多构件损伤时的识别效果研究.数值计算结果表明将模态曲率法和应变模态相结合进行海洋平台的损伤识别与定位是切实可行的.     

一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性。本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础。     

一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性.本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础.     

海底管线地基土体塑性及剪切破坏分析

提出一种分析管线地基极限承载力的平面应变有限元模拟方法,采用自适应网格技术和接触对算法模拟管线嵌入土体的准静态过程,利用修正Drucker-Prager/Cap本构模型模拟土体塑性.研究不同土性和管土界面摩擦条件下,管线地基土体的塑性变形及位移场特性.利用载荷沉降曲线并结合地基塑性应变分布图和位移矢量图,可判别管线地基的剪切破坏型式、确定地基极限承载力.     

基于iFEM和虚实结合的加筋板应变场构建研究

iFEM(inverse finite element method)是目前进行结构应变场构建最有前景的方法之一,其目的是在结构离散应变采集过程中,以最少的实际测点获取满足精度要求的结构应变场。在一些局部区域应变数据不易采集时,可尝试采用虚实结合的方式进行离散应变数据的采集。本文以船舶典型结构加筋板为例,根据实测数据,结合仿真模型,依据Xgboost的测点回归方法,基于iFEM技术依次计算实测、仿真和虚实结合三种方法的应变场重构精度,分析误差原因。通过预测,当47个物理测点时平均误差最低,为1.92%,以虚实结合路径输入15个点和21个点时结果与验证点的误差均小于3%,验证了虚实结合快速补充缺失数据的应变场重构的方法操作性强、准确度高。     

导管架平台的结构可靠性分析

由于平台长期处于恶劣自然环境中,其可靠性分析成为当前海洋结构基本性能研究的主要方向。针对空间导管架海洋平台,采用有限元分析方法对结构在随机载荷作用下的可靠性进行分析。考虑5种不同的设计波浪工况,基于Morison公式和线性波理论,分析结构的环境载荷,利用ANSYS软件分析空间导管架平台的响应。选取其中的危险工况,基于导管架平台结构位移和应力的失效模式,选取结构尺寸、材料参数及波浪载荷为随机变量,采用APDL语言结合Monte Carlo模拟对海洋平台的结构可靠性进行分析。结果表明,该方法可用于求解固定式平台结构在风浪流载荷作用下的可靠性分析,得到结构失效的主要因素,并改进桩底和甲板与导管架连接处的设计。可为防止结构破坏提供依据,为进行复杂结构的可靠性分析提供参考。     

基于颗粒阻尼技术的海洋平台桁架结构振动特性研究

针对海洋平台桁架结构长期处于强紫外线的工作环境,传统的粘弹性阻尼减振方法存在易老化等问题,提出将颗粒阻尼技术应用于海洋平台桁架结构的减振.使用NASTRAN建立桁架结构的有限元模型,基于离散元法建立颗粒阻尼器模型,分析颗粒填充率、颗粒直径和密度等参数对减振效果的影响规律,研究结果表明:带颗粒阻尼器的海洋平台桁架结构振动特性曲线与试验数据误吻合良好,能满足工程计算精度要求;颗粒阻尼能在较大频带内有效降低海洋平台桁架结构振动.仿真模型可用于指导带颗粒阻尼器桁架结构的关键参数设计与性能预测,为海洋平台桁架结构的减振提供了一种新的思路.     

船体梁约束扭转极限承载力计算的简化逐步迭代法

船体梁约束扭转极限承载力计算由于问题复杂至今未有理论解，只能用非线性有限元方法计算，效率很低。论文通过对25块实船板格的非线性有限元分析，引入板的柔度系数，构建了加筋板格的剪切应力与应变关系，提出了船体梁约束扭转的变形和应力假设，构造了船体梁约束扭转的简化逐步迭代计算方法，编制了相应的计算程序。实船算例表明，所提出的剪应力与应变关系和约束扭转极限承载能力的计算方法与非线性有限元方法相比，具有较高的精度和效率，可应用于船舶与海洋平台结构以及各类薄壁梁约束扭转极限强度的计算。     

船舶与导管架平台碰撞的动力响应研究

以ANSYS/LS-DYNA为软件平台,提出一种处理船舶与海洋平台碰撞的有限元建模分析方法,优于传统的分步多次计算方法,通过数值实验证明有相当的精度,能够满足研究需要.探讨碰撞中的应变率问题,并计算船舶以2 m/s碰撞导管架平台的动力响应.     

海洋平台塔型井架结构强度计算与试验分析

以某7 000 m海洋钻机为例,根据相关规范设计塔型井架结构,为验证井架结构的可靠性,采用专业结构分析软件SAFI对井架结构进行强度分析,对井架在出厂前进行最大静钩载试验,试验采用应力应变试验方法对主要构件进行应力应变测试,有限元分析结果和应力测试结果表明井架结构能满足强度、刚度和稳定性的要求,井架结构设计合理、强度可靠。     

随机波浪载荷作用下深水自升式海洋平台动力响应分析

基于有限元方法,建立了深水自升式海洋平台的数学模型。结合线性化的莫里森方程和随机波浪理论,采用谱分析方法计算随机波浪栽荷。以某典型深水自升式海洋平台为原型,利用ANSYS有限元软件建立了平台的有限元模型。在此基础上,对平台结构分剐进行了的模态分析和动力响应分析,分析得到了平台的频率特性和动力特性。     

钢筋混凝土海洋平台结构受力分析

为完善新型型钢混凝土海洋平台的设计计算理论,本文针对梁内型钢腹板是否穿过节点区的不同情况,参考陆上新型钢筋混凝土建筑的新技术、结合海洋平台的特点,采用变角软化桁架模型,利用平衡条件、协调条件及混凝土软化应力-应变关系,并考虑"扭结"影响(强度弱化)的钢筋应力-应变关系,提出了压弯剪复合受力作用下的框架梁柱节点的受力全过程计算方法.利用该方法对国内外所作的53个框架节点试件进行了受力全过程分析,计算结果与试验结果吻合程度较好,为新型海洋石油平台的研究、设计与施工提供了有益的探索.     

老龄导管架式海洋平台极限承载力分析

以埕岛油田某导管架式海洋平台为例,研究了服役中后期老龄海洋平台的极限承载力.首先,考虑服役中后期的老龄平台结构腐蚀损伤等情况,建立不同的有限元模型;进行了波浪力、冰力等荷载的计算;最后,考虑材料非线性和几何非线性,当载荷沿平台的不同方向作用时,计算平台桩顶的最大位移与横向载荷的关系曲线,根据位移与载荷曲线计算平台的极限承载力,利用强度储备系数分析了平台的安全强度储备.     

基于DPDM技术的砂土直剪试验剪切过程的应力场分析

通过直剪半模试验,结合数字照相变形量测DPDM(The digital photogrammetry for deformation measurement)技术,对砂土在直剪试验中的应力应变场进行了分析。采用数码相机对半模试验过程中砂土的剪切面运动进行全程拍摄,应用DPDM技术对拍摄结果进行处理,得出土体的位移场云图,阐述单调加荷条件下直剪试验过程中土颗粒的轨迹运动以及剪切带的应力应变,对剪切过程中的土颗粒位移进行定量研究,为砂土在直剪剪切变形和土位移结构变化间的定量关系提出了一条可行的途径。     

基于标准系缆力反演的系船柱结构安全评估方法

为保障系船柱结构安全,提出基于标准系缆力反演的系船柱结构安全评估方法,将固定系缆高度和系缆角度下的系缆力作为标准系缆力,分析系缆力对系船柱表面应变的影响,并将系船柱表面应变作为表征系缆力的参数,建立系船柱标准系缆力反演模型。针对现有系船柱结构,利用有限元方法分析系船柱结构表面应变分布特性。选取有限测点应变反演标准系缆力,与有限元仿真结果进行对比。结果表明,反演结果具有较高精度,可监测复杂系泊情况下的系船柱的受力特性;将标准系缆力与设计系缆力进行比较,能够评估系船柱结构安全。     

冰区海洋平台结构整体抗力及极值响应的概率统计特性

冰荷载是冰区海洋平台设计的控制荷载,极值冰力直接危害着平台结构整体的安全。文章以渤海辽东湾导管架海洋平台为例,考虑了海洋平台结构抗冰设计的各种不确定性;基于Pushover方法,得到了海洋平台结构的简化力学模型,分析了极值冰荷载下海洋平台结构整体抗力以及极值响应;并且采用K-S检验法,对结构整体抗力及极值冰力响应的概率统计特性进行了分析。结果表明,简化的海洋平台分析模型合理,并且结构抗力参数服从正态分布;而极值冰力下,结构顶点最大位移服从对数正态分布。以上结论可为研究冰区海洋平台整体安全可靠性分析提供参考。     

基于振动测试的海洋平台结构简化模型

针对海洋平台结构复杂、节点众多、水下部位振动传感器不易布置等因素导致的实测模态信息空间不完备问题,首先引入平台各层刚体运动的假设,利用海洋平台结构三维有限元模型,按柔度方法将平台简化为x、y向平动的串联多质点模型;通过平台水面以上传感器的布置,采用GUYAN振型扩展方法来估计未测量水下部位的振型值,解决了实测模态信息不完备问题,以某海洋平台为例,对上述方法的有效性进行数值验证。数值结果表明,简化模型与有限元模型的计算结果吻合较好,且可以大大提高计算效率,节省计算时间;在水下部位无测点的情况下,GUYAN振型扩展方法可以比较精确地实现低阶模态振型扩展,具有良好的工程应用前景。     

利用上层建筑外围舱壁吊装超大模块强度分析

利用ABAQUS有限元分析软件并参考相关海洋工程操作规范,对设计有大型上层建筑结构的海洋钻井平台整体上船体模块的吊装强度进行有限元分析,并利用整体分析的结果数据和子模型的方法详细评估吊点附近结构的开孔应力集中情况,形成指导吊装加强及操作的分析报告,对比有限元分析所得数据与吊装过程中实测的数据,验证有限元分析方法的可行性和有效性。