裂纹转子振动特性及裂纹的识别方法探讨

对裂纹转子的振动特性进行进一步的研究与探讨,建立水平Jeffcott裂纹转子模型,导出了裂纹轴的刚度矩阵.最后集中讨论裂纹转子的振动特性及裂纹的识别方法.     

复合材料加筋壁板的弯曲计算和刚度优化

建立了分布载荷作用下四边固支复合材料帽型加筋壁板弯曲变形的理论模型。通过算例比较理论计算和有限元仿真的结果,验证了理论模型的可靠性。在该理论计算模型的基础上,借助优化软件Isight,开展铺层角度和几何尺寸对目标函数的灵敏度分析,寻找主要设计变量并开展其对目标函数影响的研究以及加筋壁板刚度的优化设计。研究结果显示,面板和帽形筋外侧的铺层角、帽形筋高度以及斜边与面板的夹角是影响加筋壁板弯曲刚度和挠度的主要变量;加筋壁板弯曲刚度优化的主要方向是提高纵向弯曲刚度系数。对于同一优化目标,借助Isight平台可得到多种优化方案,工程设计人员可根据具体需求从中选择合适的方案。     

局部加强的含裂纹板应力强度因子分析

对含裂纹板局部焊接加强板条的断裂问题进行了分析计算.考虑加强板条的横向刚度和纵向刚度的影响,将加强板条对裂纹板的作用力离散化为作用在沿加强板条方向的有限个作用点处,由含裂纹板的复应力函数解法进行求解.文中分别就加强板条位置和加强板条相对刚度对裂纹板加强作用的影响进行了计算分析.计算结果表明,加强板条纵向刚度对降低裂纹板的应力强度因子起主要作用,提高加强板条刚度有利于降低结构应力强度因子,提高结构承载能力.     

基于FEM/SPH耦合方法的极地运输船舶冰阻力预报研究

冰阻力是极地运输船舶动力需求分析和船型优化设计阶段的重要参考指标.本文基于有限元理论,采用粘聚单元法构建海冰数值模型,开展冰样单轴压缩和三点弯曲试验过程模拟,验证了该模型满足海冰数值计算的要求.在此基础上,以某极地运输船舶为研究对象,采用有限元/光滑粒子流体动力学耦合算法,通过罚函数接触算法传递有限元网格与水粒子之间接触状态和作用力,考虑船舶破冰过程中船/冰/水耦合作用,模拟破冰过程裂纹产生和扩展、冰块翻转与滑移等现象,并进行了冰阻力预报.     

船舶尾轴架动刚度的测量及应用

采用实验方法对某舰尾轴架进行动刚度测量,得到了前尾轴架的横向动刚度曲线,后尾轴架的横向和纵向动刚度曲线;分析尾轴架的动刚度曲线,可得到尾轴架结构的固有频率.用有限元方法对尾轴架固有频率进行计算,比较表明两结果吻合较好.建立了船舶轴系的有限元模型,轴架支撑处动刚度用广义弹簧-阻尼器系统进行模拟.进行了在横向冲击载荷作用下考虑支承结构动刚度的轴系横向冲击响应计算.     

腐蚀和裂纹损伤下海洋平台极限强度试验研究

根据墨西哥湾某一典型固定式海洋平台为原型,按照刚度相似性和几何相似性,分别设计并制作了完好模型、腐蚀模型、裂纹模型,并对三个试验模型开展极限强度试验研究,试验结果表明腐蚀、裂纹损伤严重影响试验模型极限承载力,且试验模型失效模式各不相同.同时,采用非线性有限元方法,分别对三个试验模型进行计算,将计算结果与试验结果对比分析,验证了该方法在固定式海洋平台极限强度计算方面的有效性.     

考虑艉轴架结构刚度耦合的艉轴架强度计算

通过分析现行规范关于艉轴架强度的计算理论,发现该理论未考虑艉轴架结构刚度耦合作用。因此,针对艉轴架结构的受力特性,建立考虑艉轴架刚度耦合的艉轴架反力计算模型,推导出考虑艉轴架刚度耦合作用的内力计算公式,定义描述结构刚度耦合作用的"广义刚度比"参数,并将该公式与现行计算公式进行无量纲化对比。以某船艉轴架结构为例,对其分别采用有限元模型仿真、本文计算理论和现行不考虑艉轴架刚度耦合的计算理论等3种方法进行定量计算,并提出艉轴架扭转刚度的计算方法。结果表明:基于本文考虑耦合的内力计算理论的计算结果与有限元仿真结果符合良好,不考虑耦合的现行计算理论的计算结果与有限元仿真计算结果相差较大;现行不考虑耦合的内力计算理论使艉轴架截面内应力计算结果偏大,且随着"广义刚度比"的增大而严重,从而可能导致"艉轴架结构强度的过度设计"。     

基于三维有限元模型的轴系校中

船舶推进系统设计中,轴系校中计算通常的做法是将轴系看成一维梁模型,且不考虑船体的作用,计算结果与实际有较大差别.用三维模型对船体、轴承及轴承油膜的刚度进行了有限元分析.在三维曲轴模型中考虑了每个气缸的旋转和摆动质量、主轴承的刚度和推力轴承的刚度等,考虑了轴承间隙等非线性因素,以及船体弯曲变形、轴承温度变化、桨轴向推力偏心及推力轴承反力偏心引起的动态弯矩等因素,计算结果更符合实际.     

含裂纹损伤部分加筋板应力强度因子分析

基于复应力函数的解法,对含裂纹部分加筋板在拉伸载荷作用下的应力强度因子进行了分析计算.考虑了部分筋条的长度、位置以及筋条与板的相对刚度对加筋板裂纹尖端应力强度因子的影响,并基于这些结果对结构的止裂性能进行了分析.计算结果表明对于给定的裂纹长度,随着筋条长度的增加,筋条对裂纹板的加强作用普遍提高,当筋条的长度增加到一定程度时,继续增加筋条长度对应力强度因子影响不大;提高筋条对板的相对刚度,能有效降低结构应力强度因子,提高结构的止裂能力.     

弹塑性裂纹前端部分加强板的止裂效果分析

通过建立Dugdale模型,对裂纹前端部分加强的含裂纹板弹塑性情况下的韧性断裂问题进行了研究.实例计算并分析了加强板条的位置、相对刚度等参数对结构断裂参数的影响,亦对加强板条的止裂作用进行了分析.计算结果表明,裂纹前端布置加强板条能有效地降低裂纹尖端的开口位移,阻止裂纹的扩展,其止裂作用受加强板条的位置、结构参数及加强板条与含裂纹板的材料参数等诸多因素的影响.     

Analysis of the flexural vibration of ship’s tail shaft by transfer matrix method

A ship＇s tail shaft has serious flexural vibration due to the cantilevered nature of the propeller＇s blades. Analysis of the nature frequency of flexural vibration is vital to be able to provide effective shock absorption for a ship＇s tail shaft. A mathematic model of tail shaft flexural vibrations was built using the transfer matrix method. The nature frequency of flexural vibration for an electrically propelled ship＇s tail shaft was then analyzed, and an effective method for calculating it was proposed： a genetic algorithm （GA）, which calculates the nature frequency of vibration of a system. Sample calculations, with comparisons by the Prohl method under conditions bearing isotropic support, showed this method to be practical. It should have significant impact on engineering design theory.     

Liquid sloshing in a swaying/rolling rectangular tank with a flexible porous elastic baffle

The flexible porous elastic baffle was proposed as an anti-slosh device to reduce the liquid sloshing in a swaying/rolling rectangular tank. The analytical model was developed to assess the effectiveness of the porous elastic baffle on liquid sloshing. A one-dimensional beam model, along with Darcy's model, was taken to implement the characteristics of porous elastic baffle. The matched eigenfunction expansion method (MEEM) with the Green function for the liquid sloshing interaction with the porous elastic baffle was employed. Numerical results were presented that illustrate the effects of the baffle's geometry (porosity, height), and structural parameters (flexural rigidity, stiffness of mooring line) on the liquid sloshing. Through parametric studies, the flexural rigidity, porosity, and mooring line's stiffness have to be adjusted properly to enhance the sloshing-reduction effect. The flexible porous elastic baffle showed the potential as a useful anti-slosh device within a limited application range compared with a rigid baffle.     

某舰尾轴架结构动刚度的实验研究

根据锤击法测量结构动刚度的原理,进行了某舰尾轴架动刚度的测量,得到了前尾轴架横向动刚度曲线、后尾轴架横向和纵向动刚度曲线;分析动刚度曲线,得到了尾轴架的固有频率,此结果与用有限元法对尾轴架进行振动计算的结果比较接近.     

船舶复杂轴系扭转振动建模及动力学分析

针对船舶复杂轴系结构,提出一种基于能量法的轴系扭转振动建模及动力学分析方法。该方法对船舶复杂轴系中的典型结构进行统一能量化描述,如联轴器、齿轮、负载等,并结合弹性轴的能量函数构建轴系结构的拉格朗日能量泛函;然后,利用最小二乘法和广义变分法,对轴系角位移展开项系数进行求解,从而建立适用于船舶复杂轴系结构的扭转动力学模型。通过与有限元方法计算结果相比较来验证该建模方法的准确性,并利用该方法分析连接刚度和负载转动惯量对整体轴系扭振特性的影响,以期为船舶复杂轴系设计提供一定参考。     

船舶轴系推力轴承油膜刚度与综合支承刚度测量

在船舶推进轴系中,推力轴承刚度常取决于其油膜刚度、轴承及其基座的结构刚度。通常所指的推力轴承刚度只包含油膜刚度。因此文中把既考虑油膜刚度又考虑轴承及其基座的结构刚度综合而成的刚度定义为推力轴承综合支承刚度,进而详细给出了推力轴承油膜刚度与综合支承刚度的测量方法。借助此方法,对实验室一缩比的推力轴承实验台的油膜刚度与综合支承刚度进行了测量,获得了良好的结果。实验表明,推力轴承油膜刚度随转速上升而下降;综合支承刚度随外激励频率上升而下降,在推力轴承—基座共振频率处降为零;低频激励时,油膜刚度与综合支承刚度大小近似相等,此时对轴系的动力学建模可以只考虑油膜刚度;高频激励时,综合支承刚度远小于油膜刚度,此时对轴系动力学建模必须考虑综合支承刚度,只考虑油膜刚度会带来较大误差。实验结果对船舶推进轴系的设计及动力学分析有指导意义。     

基于模态参数的结构损伤定位研究

基于振动学及有限元理论,推导出结构的频率平方的变化比为结构损伤位置的函数。以一光轴为例,先建立光轴裂纹数据库。然后再把测得的数据与数据库对比,相似性最高的为裂纹的位置所在,从而对损伤的位置进行了识别。最后,提出一些建议和有待解决的问题。     

满足桩轴向刚度条件的高桩码头桩基计算模型

通过在桩身一定的位置施加一个轴向弹簧,建立高桩码头的桩基计算模型。根据《高桩码头设计与施工规范》 中关于桩轴向刚性系数的计算公式,给出了不同情况下轴向弹簧刚度系数大小以及施加位置的计算方法。该方法能满足嵌 固点法和m法计算模式下桩基计算模型的轴向刚度相同且与规范规定一致。结合该方法,分别采用嵌固点法和m法建立某高 桩码头工程实例的空间有限元模型。计算结果对比表明：桩身轴力、桩顶弯矩、上部结构各构件的内力均十分接近,验证 了该方法的合理可行性,可为高桩码头结构计算提供参考。     

边界任意弹性约束薄板的横向振动(英文)

This paper presents an analytical study on the influence of edge restraining stiffness on the transverse vibrations of rectangular plate structure. An improved Fourier series method was employed to analyze the transverse vibration of plate structure with general elastically restrained boundary conditions. A linear combination of a double Fourier series and eight auxiliary terms was sought as the admissible function of the flexural displacement of the plate, each term being a combination of a polynomial function and a single cosine series expansion. The auxiliary terms were introduced to ensure and improve the smoothness of the original displacement function and its derivatives at the boundaries. Several numerical examples were given to demonstrate the validity and accuracy of the current solution. The influences of translational and rotational stiffness on the natural frequencies and mode shapes of plate were analyzed by numerical results. The results show that the translational stiffness has bigger influence on the natural frequencies than the rotational stiffness. It is generally well known that little change of the rotational stiffness has little influence on the mode shapes of plate. However, the current work shows that a very little change of rotational stiffness value may lead to a large change of the mode shapes of a square plate structure.     

超大型浮体柔性连接器疲劳强度模型试验

为了保证超大型浮体的作业安全,需要精确评估连接器结构疲劳强度。文章针对一种由尼龙柔性夹层和环肋加强圆管轴构成的铰接式连接器,开展了疲劳强度模型试验,测量了热点应力、疲劳寿命和裂纹扩展。考虑接触、柔性层以及开孔的影响,采用三维有限元方法计算了连接器结构应力,分别基于S-N曲线和裂纹扩展,给出了柔性连接器疲劳寿命评估方法。比较分析表明,计算得到的连接器结构应力和疲劳寿命与模型试验结果吻合,文中方法可用于柔性连接器结构疲劳强度设计