船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

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。     

复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报

船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题.该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进行了研究.裂纹扩展方向用第一主应力准则确定,在裂纹扩展方向上给定不同的裂纹增量,得到不同长度裂纹的复合裂纹等效应力强度因子,并拟合这些计算结果得出船舶肘板的应力强度因子计算式.结合裂纹扩展率单一曲线模型对肘板裂纹扩展寿命进行了预报,预报结果与实验结果符合得较好,说明所采用的方法可行.对建立船舶典型节点的裂纹扩展寿命预报方法有参考价值.     

船舶典型节点弯曲载荷作用下极限强度试验研究

[目的]船舶结构中的各构件是由节点连接在一起的,连接节点的力学性能对整船的极限强度影响很大。为了解节点的受力特性,[方法]通过对不同节点型式的试件进行弯曲载荷下的极限强度试验,分别得到其载荷位移曲线、节点应力分布以及破坏形式,并分析各试件的极限强度与平均刚度特性。[结果]结果表明:三角形肘板加强节点试件的极限强度大于圆弧形过渡加强节点试件,但其平均刚度比较大的圆弧试件小;在同等载荷条件下,三角形肘板加强节点处的峰值应力大于圆弧形过渡的加强节点试件;不同大小、相同节点形式试件的破坏形式相同,而大小相同、节点形式不同试件的破坏形式则差别很大;大小两组试件间的极限强度与平均刚度的变化规律一样,但变化的程度不一样。[结论]所做的分析及试验结果可以指导优化船舶的节点设计。     

船舶典型节点的形状优化设计

船舶结构容易在连接构件处产生应力集中。采用子模型方法对应力集中区域进行精细化分析,并提出节点连接构件形状优化设计数学模型。基于节点子模型,分别以肘板和垂直桁的形状参数为设计变量,以关注区域结构最大Mises应力极小化为目标函数,采用Optistruct软件进行形状优化设计。计算结果表明,优化方案大幅降低了节点结构的最大Mises应力,同时应力分布更加均匀,为船舶节点结构精细化设计提供了参考。     

多型船体主要构件端部肘板在等载荷条件下强度及疲劳寿命的对比

为比较船体主要构件端部不同连接形式的区别,采用MSC_Patran软件[1],通过有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法[2],在同等载荷条件下,分别对多型肘板连接形式进行常规强度计算以及疲劳强度计算,得出主要船体构件及肘板上的应力分布和疲劳寿命,进行分析对比.     

散货船新型曲边肘板节点的疲劳强度

应用谱分析法计算肋骨与顶、底边舱连接部位的应力传递函数和应力功率谱密度，并把此功率谱密度作为外载荷输入MSC．FATlGUE软件包，对几种肘板形式进行疲劳寿命分析。经对分析结果进行对比发现，肘板经曲边处理后能显著降低节点应力集中，提高节点疲劳寿命。     

某散货船舱口围肘板趾端开裂原因及节点优化方案分析

文章首先分析了某46 000 DWT散货船纵向舱口围端部肘板趾端开裂的原因,根据分析结果提出了节点优化方案;采用有限元直接计算的分析方法比较了修改前后节点的应力状况,并进行验证;提出了舱口围端部肘板修复时切割、装配和焊接的要求。研究结果为散货船舱口围板高应力区域的节点设计提供了理论和实船验证依据。     

内压下矩形耐压舱角隅结构形状和拓扑优化设计

为解决内压下矩形耐压舱角隅结构应力集中的问题,提出了角隅结构形状优化和拓扑优化的数学模型。采用子模型技术对结构进行精细化静强度应力分析,以角隅边界形状的变化作为设计变量,极小化角隅结构的应力,得到的最佳角隅形状为弧形。在此基础上,极小化角隅结构的应力,对耐压舱角隅肘板进行拓扑优化设计,寻求肘板材料的最优分布和管路铺设的空间,得到了具有内部圆形开孔和去掉三角形尖角的新型肘板结构。弧形角隅形状和开孔新型式的肘板有效地降低了角隅结构的应力集中。建议的方法可为类似结构的优化设计提供参考。     

提高大开口船舶弯扭组合强度的方法研究

基于CCS规范,以某集装箱船为例,介绍一种大开口船舶弯扭组合应力的计算方法,总结出大开口船舶扭转翘曲应力在船长方向及横剖面上的分布规律;利用五种方案对船体某些部位进行加强,经过计算,定量比较这些方案对改善船舶扭转强度的优劣,最后得出加强抗扭箱平台板是最佳降低翘曲应力的方法的结论。     

节点局部结构型式对应力分布的影响

本文主要针对海洋结构物中的典型局部结构——K型管节点局部结构进行数值模拟分析，考察局部结构型式对其疲劳行为的影响。首先，控制最大应力的产生部位，使原本出现在管节点相贯线附近及肘板或撑板与管节点主构件连接处的最大应力转移至肘板或撑板板缘上，从而控制疲劳裂纹产生于管节点局部结构中的附属构件上；其次，通过在裂纹尖端打孔的方式，消除裂纹的扩展状态，以达到在结构物全寿命周期内延长维修周期、减小维修难度、节省维修费用的目的。     

船舶结构节点的承载力分析

通过有限元程序ANSYS计算分析,针对船体的梁连接节点,探讨肘板尺寸变化对节点承载能力影响的变化规律,并对龙骨节点结构的几种常见形式进行强度和屈曲性能的对比。     

焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

船舶圆弧过渡肘板节点的屈曲破坏研究

船体构件腹板在连接端部逐渐升高形成圆弧过渡肘板节点,较大的腹板尺寸导致其受弯时易出现屈曲破坏,从而影响船体结构的安全性。以典型圆弧过渡肘板连接的横梁-肋骨节点结构为研究对象,采用极限强度试验与非线性有限元模拟方法,研究肘板节点受弯时的破坏模式、极限载荷以及屈曲过程,讨论肘板臂长、圆弧半径、面板厚度对节点结构屈曲破坏的影响。结果显示:考虑初始缺陷的非线性有限元模拟结果与试验结果一致;根据肘板尺寸的不同,屈曲破坏的位置包括靠近肋骨的横梁腹板区域以及肘板与横梁过渡圆弧处的腹板区域;随着肘板臂长的增加,不同圆弧半径时节点的极限载荷均为先增大后趋于不变;随着圆弧半径的增加,肘板臂长较小的节点极限载荷缓慢上升,肘板臂长较大的节点极限载荷则近似呈线性增长趋势;面板厚度对极限载荷的影响较小,随着面板厚度的增加,极限载荷先缓慢增加后趋于不变。     

基于波浪载荷直接计算的集装箱船全船结构强度分析

采用水动力计算软件SESAM对1艘1 036 TEU集装箱船进行波浪载荷长期预报,按照CCS《钢质海船入级规范(2018)》对该船进行全船结构强度有限元分析,结果表明,该集装箱船的弯扭组合强度问题比总纵弯曲强度问题更为严重,并且在货舱舱口角隅和双舷侧内的水平肘板处存在高应力区域,这类船舶的结构设计过程中应重视这类结构问题。     

船舶结构典型节点的优化分析

以船舶结构中的纵骨穿越强横梁和纵骨穿越扶强材2种典型节点为研究对象,以初步给定的1组设计尺寸为基准,在大型通用有限元软件ABAQUS中建立研究对象的有限元模型并进行计算,通过对不同补板形式和不同扶强材形式下节点应力的数值比较,研究局部结构形式对应力分布的影响,分析载荷作用下各节点形式的最大应力以及相互之间的应力变化百分比,从而给出了优化的节点形式,以供实际建造参考.     

基于Ansys子模型法的肘板结构优化

基于Ansys子模型法,建立压力容器平面舱壁主构架与耐压壳体连接处肘板结构参数化模型,进行三角形肘板和弧形肘板的应力与疲劳寿命仿真分析。并在此基础上进行Ansys与Matlab联合双目标遗传算法优化计算,优化后的肘板结构质量大大减轻,疲劳寿命显著提高,本文方法可为此类结构的强度分析及优化设计提供参考。     

FPSO延寿疲劳评估和疲劳寿命改善设计

以“南海胜利”FPSO原作业区的第三次延寿项目为研究对象，对纵骨与横舱壁、横向强框的连接节点，舱内桁材大肘板趾端节点，模块支墩与主甲板连接处的肘板趾端节点，以及与内转塔装置连接处的结构节点，分别采用了简化疲劳方法、热点应力法及谱疲劳分析法，对不同部位节点进行疲劳评估，并针对疲劳高危节点，通过合理的结构形式改造，进行结构的疲劳寿命改善设计。本文旨在探索疲劳评估方法与寿命改善设计在FPSO延寿改造中的应用。     

舱内爆炸载荷下箱型梁船体节点结构强度分析

[目的]为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度,[方法]基于ANSYS/LS-DYNA显式动力有限元软件,首先建立箱型梁船体舱段结构的有限元模型。然后,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁连接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。[结果]计算结果表明:舷侧箱型梁与强横梁连接处圆弧式和肘板式节点结构的应力峰值与甲板破口尺寸基本相当;从舱壁撕裂长度来看,肘板式稍逊于圆弧式,在中间箱型梁与强横梁连接处,圆弧连接最优,单侧肘板次之,双侧肘板最差。[结论]所得到的数值计算结果可为箱型梁节点连接结构的工程应用提供有益的参考。