轴向载荷下多平面DT型管节点 应力集中系数研究

应力集中系数对于海洋平台结构中管节点的疲劳寿命评估至关重要。文章以多平面DT型管节点为研究对象,采用有限元方法分析了轴向载荷作用下沿其弦管—撑管相贯线焊缝的应力集中系数分布。在保证计算精度的前提下尽量减少网格数量,采用分区网格划分方法进行管节点建模。基于有限元分析结果,研究了不同几何形状参数对应力集中系数分布变化规律的影响,拟合得到一组应力集中系数参数公式,并通过两种相对误差验证了该参数公式的有效性。     

轴力作用下K型焊接管节点的应力集中系数分析

该文介绍了K型焊接管节点的几何和数值模拟方法.通过对两个大型的K节点模型的试验测试,得到了K节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的应力集中系数,并验证了数值结果的准确性.在此基础上,通过对1008个不同几何形状的K节点在轴力作用下应力集中系数的分析,研究了几何参数对K节点应力集中系数的影响.根据模型分析的结果,通过曲线拟合提出了计算轴力作用下K节点应力集中系数的参数公式,并对该公式的精确性进行了评价.     

基于参数化子模型的SWATH船典型节点抗疲劳设计

复杂的交变载荷、特殊的结构形式和高强度钢的大量使用使小水线面双体船连接桥结构的疲劳强度问题尤为突出。针对此问题,研究在整船有限元分析的基础上,采用子模型法对SWATH船支柱体高应力集中区域的典型节点进行基于Miner线性累积损伤理论和Weibull分布连续模型的疲劳强度分析。并通过有限元分析软件Ansys及其参数化编译语言APDL建立该典型节点的参数化子模型,结合以表征结构疲劳寿命的累积损伤度和影响疲劳强度的形状和尺寸参数建立的优化模型进行优化设计研究。算例结果表明,该方法能够在提高结构疲劳强度的情况下,提出结构重量较轻的节点形状和尺寸方案,为此类结构的抗疲劳设计提供参考。     

甲板矩形开口角隅形状优化设计和光弹性试验

本文采用边界元法和带自适应移动界限的序列线性规划对船舶甲板矩形开口角隅进行形状优化设计,使应力集中极小化,并由光弹性试验加以验证。文中讨论了各种尺度对角隅优化形状及其应力集中系数的影响,推荐了一种用坐标表示的甲板矩形开口角隅拟优化形状。采用该形状与现行规范提出的椭圆形相比,至少可降低应力集中系数8%,节省材料18%。     

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。     

基于ANSYS的十字接头焊应力集中系数研究

利用ANSYS有限元软件的参数化设计语言(APDL)编程进行数值模拟计算,研究了十字接头工作应力分布及应力集中系数的影响因素,得出一系列应力集中系数样本。通过对样本进行曲线拟合分析,得出与实际基本一致的应力集中系数变化规律,从而证明ANSYS可以辅助实际工艺的优化。     

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。     

内环加强管节点疲劳性能研究

本文对无加强和内环加强管节点的应力分布、应力集中系数和疲劳性能进行了试验研究和理论分析。研究结果表明，内环加强能大幅度降低管节点的应力集中系数，改善应力分布状况，并能较大地提高管节点的疲劳寿命。应力集中系数降低的幅度和疲劳寿命提高的程度与加强环的几何尺度有关。研究结果为改善管节点的疲劳性能及管节点的结构优化提供了理论和实践依据。     

轴向载荷下多平面DT型管节点应力集中系数概率模型研究

应力集中系数作为一个随机变量,对管节点及导管架平台的疲劳可靠性评估结果有着重要影响。文章以多平面DT型管节点为研究对象,建立了352个几何参数不同的三维管节点有限元模型,并分析了沿弦管-撑管焊缝处的应力集中系数分布。采用密度直方图描述最大应力集中系数统计样本的特征,利用疲劳可靠性分析中常用的几种概率分布进行拟合。各个概率模型中的参数通过极大似然估计方法得到。根据卡方检验的结果对比发现,Birnbaum-Saunders分布是最适合的概率模型。因此,文中提出一组适用于描述在轴向载荷即单向轴向和平衡轴向载荷作用下多平面DT型管节点弦管侧和撑管侧最大应力集中系数分布的概率模型,对今后导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性分析具有重要意义。     

船体结构S-N曲线选取方法

疲劳失效是船体结构破坏的主要模式之一。可采用S-N曲线法计算船体结构的疲劳寿命,S-N曲线的选取是该方法的关键内容之一。由于实际应用中可供选择的S-N曲线有限,无法全面涵盖所有类型的节点,规范中S-N曲线对于新型节点形式的适用性有待进一步研究。本文对S-N曲线的类型因子进行研究,提出采用热点应力集中系数选取S-N曲线的一般原则。并计算2种典型节点的应力集中系数,将其与规范值进行比较,发现计算值普遍小于规范值,按规范计算所得的疲劳寿命将趋于保守。     

加筋圆柱壳开孔结构强度分析

加筋圆柱壳开孔结构是潜艇典型耐压船体的主要结构形式之一,如何避免在开孔周围造成应力集中,即开孔结构补强是工程中特别关心的问题。在设计过程中,因为要多次建模分析,会导致设计分析效率变低,所以开发了加筋圆柱壳开孔结构的参数化建模分析程序。基于参数化建模分析程序,讨论了多参数对于开孔周围应力集中的影响。     

Influence of different topological variants on optimized structural scantlings of passenger ship

For a multi-deck ships with extensive superstructures (such as passenger and cruise ships, RoPax, mega yachts, etc.) the global structural response can be particularly complex. The influence of the superstructure to the primary strength for those multi-deck ships must be considered from an early design phase. Main global topological parameters (e.g. size of side openings, position and stiffness of longitudinal and transverse bulkheads, etc.) have dominant influence on the shape of hull girder stress distributions over the ship height. The Taguchi concepts and techniques (FFE, orthogonal arrays, ANOVA, etc.) could be used to systematically study influence of multiple topological parameters on the global structural response obtained by FEM analysis. It also enables rational identification of the most dominant parameters and provide designer with the near-optimal level of each topological parameter for the defined design objective. It has been demonstrated how different topological variants can lead to different optimal structural scantlings w. r.t chosen design objectives (mass, VCG, etc.), using simplified full ship 3D FE model of passenger ship as an example. Structural design software MAESTRO and in-house developed framework for the design support system DeMak – OCTOPUS Designer were used as a structural optimization tool. This paper aim to extend the standard scantling optimization by introducing topological aspects as a first STEP in overall optimization procedure.     

舰用齿轮箱及推力轴承抗冲击三维数值模拟

采用动态设计分析方法对舰用齿轮箱和推力轴承进行抗冲击性能分析,同时创新性地引入质量控制领域中的[3σ]准则思想,基于齿轮箱和推力轴承冲击作用响应确定齿轮箱和推力轴承的抗冲击危险区域,针对大齿轮传动轴轴承、轴承座、大齿轮传动轴辐板部位、下箱体箱壁交叉处等抗冲击的薄弱环节和危险区域进行结构优化设计,并与原结构进行对比分析。结果显示,适当增加危险区域的板厚,在设备质量仅微量增加的前提下可显著提高舰用齿轮箱的抗冲击能力,所采用的评估体系和流程适用于舰船所有设备的抗冲击性能预测与评估。     

基于有限元法的小水线面双体船结构优化

小水线面双体船结构复杂,需要有效的工具对其进行优化设计,在满足强度刚度要求的情况下控制结构重量.本文利用优化软件Altair.OptiStruct、Msc.Nastran、iSIGHT对一艘小水线面双体船结构进行了尺寸优化、形状优化、和拓扑优化.结构优化基于有限元法完成,以结构重量作为目标函数,结构应力作为约束条件.优化结果表明,通过选择适当的设计变量,能够在结构应力不超过规定上限的条件下使结构重量显著降低并达到最小值.     

舰艇护航编队防空队形配置方法研究

针对舰艇护航编队防空需要,从定量分析的角度,研究并给出了水面舰艇护航防空队形配置方法.该方法将舰炮视为编队防空的主要武器,以优化警戒幕半径为目标,构建了编队防空队形配置模型.以典型舰艇和舰炮性能为输入参数,通过算例验证了队形配置模型的有效性.     

调距桨桨叶连接螺栓过渡圆角光弹性试验研究

苛刻的空间尺寸要求和严酷的使用环境使得调距桨桨叶连接螺栓设计极为重要,为研究连接螺栓螺帽螺杆圆角过渡区域因截面形状突变存在的应力集中情况和应力分布规律,以某型调距桨桨叶连接螺栓联接组件作为试验模型,采用光弹性试验方法测得其应力分布和应力集中系数,并与有限元仿真分析结果进行了对比验证,为桨叶连接螺栓组件结构设计及其优化提供重要支撑。     

舰船多学科综合优化设计计算环境研究

多学科综合优化设计（MDO）是当前复杂系统设计研究中一个最新、最活跃的领域，而多学科综合优化设计计算环境是MDO体系中较为活跃的研究内容之一。在对多学科综合优化计算环境特点分析的基础上，结合国外舰船研制领域中MDO的典型应用，提出了适合我国舰船研制模式的MDO计算环境体系结构，可为舰船MDO的研究方向提供有力的参考。     

舰艇外形雷达隐身设计方法

通过典型舰艇外形雷达隐身的设计,指出进行舰艇不同截面外形的雷达散射截面比较设计的重要性,给出实际设计中雷达威胁区域的范围和隐身性能综合评价方法与常规设计相比较,验证了全船外形隐身设计的优越性。     

基于CATIA二次开发的球首参数化设计

为实现在船舶型线设计中快速生成船舶球首,以船舶球首为研究对象,通过定义控制球首形状的纵向边界线、横向边界线、横剖面形状,设置相关控制参数,以CATIA为开发平台,VB为开发工具,对其进行二次开发,编制球首参数化设计程序,迅速地生成球首三维模型。     

薄膜型LNG船全船结构屈服和疲劳强度分析

以某薄膜型液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船的结构设计为例，开展全船屈服强度校核和基于精细网格的有限元疲劳强度分析。针对5种典型装载状态，基于美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）全船强度直接计算指南，采用ABS-DLA/SFA系列软件，用三维波浪载荷预报程序对波浪随机载荷进行长期预报。基于预报结果，针对每种装载状态计算15个设计波参数组，求解全船结构在各载荷组合工况下的应力分布，继而完成屈服强度校核。以甲板机械室与穹顶甲板相交处的关键节点区域的节点设计为例开展细网格局部强度分析，并通过各种改进设计解决应力集中问题。针对2种常用典型操作装载状态及营运于北大西洋海区疲劳寿命满足40a的要求，基于ABS全船疲劳强度直接计算指南计算2个典型细化位置热点应力传递函数，通过谱分析得到疲劳累积损伤和疲劳寿命，完成疲劳强度校核。采用的全船强度和疲劳分析方法和思路适用于其他超大型船舶的结构分析。