球—环—柱组合壳结构的应力特性分析

[目的]球面舱壁以其较高的容重比和材料利用率等优点被广泛应用于大潜深潜器中,球—环—柱组合型式的球面舱壁结构形式简单,力学性能清晰,建造工艺难度相对较低,具有较好的工程适用性。为了研究球—环—柱组合型式的球面舱壁结构在均匀外压下的应力强度特性,[方法]结合壳体控制方程,建立适用于球面舱壁结构强度计算的Riccati传递矩阵法,在此基础上讨论球壳半径、过渡环半径、边界刚度等参数对球—环—柱球面舱壁结构强度的影响;结合工程应用,初步提出能表征球面舱壁几何形状和力学特性的扁平度概念,研究其对结构强度的影响作用,并给出扁平度的建议取值范围,在此范围内,环肋柱壳对球—环组合壳形成的力学约束可近似认为是简支约束。[结果]研究表明,当球—环—柱组合型式的球面舱壁结构的扁平度取值为0.5~0.6时,应力强度性能良好。[结论]所得结果可为球—环—柱结构设计提供参考。     

含新型连接型式的潜艇内部平面舱壁结构设计及模型试验验证

[目的]在潜艇内部平面舱壁设计中,目前是采取分别对舱壁板和构架进行计算的方式,缺乏评估舱壁整体结构极限承载能力的方法,且加强结构端部附近的耐压船体还有局部高应力。为此,[方法]提出一种应用于舱壁加强构架端部的新型连接结构型式,并通过模型试验验证舱壁两侧承载能力是否相同。[结果]有限元分析和试验结果表明,新型连接结构型式能有效降低局部高应力状态,无筋面破舱工况舱壁的极限承载能力比有筋面破舱工况舱壁的大。[结论]所提新型连接结构型式可应用于潜艇内部平面舱壁设计。     

球-环-柱型式球面舱壁静强度及承载能力分析

以球-环-柱组合壳型式的球面舱壁结构为研究对象,分析不同几何形状下球面舱壁结构静强度及承载能力的特性。为表征球面舱壁扁平几何形状,初步提出"扁平度"的概念,借助结构有限元软件,对系列不同扁平度球面舱壁模型进行计算,分析其对结构静强度及极限承载能力的影响作用。研究表明:当球面舱壁扁平度较小(约小于0.2)时,过渡环段的内表面应力强度问题突出,容易产生塑性变形并扩展至整个过渡环段,并在过渡环区域发生破坏;当扁平度较大(约大于0.7)时,球壳区域出现弯曲应力,初挠度影响较为敏感,易在初挠度区域产生塑性变形导致结构失效;建议扁平度取值范围为0.35~0.55,对应球面舱壁极限承载能力相对较高。本文的研究结论可为球-环-柱结构设计提供参考。     

球-环-柱型式球面舱壁静强度及承载能力分析

以球-环-柱组合壳型式的球面舱壁结构为研究对象,分析不同几何形状下球面舱壁结构静强度及承载能力的特性.为表征球面舱壁扁平几何形状,初步提出"扁平度"的概念,借助结构有限元软件,对系列不同扁平度球面舱壁模型进行计算,分析其对结构静强度及极限承载能力的影响作用.研究表明:当球面舱壁扁平度较小(约小于0.2)时,过渡环段的内表面应力强度问题突出,容易产生塑性变形并扩展至整个过渡环段,并在过渡环区域发生破坏;当扁平度较大(约大于0.7)时,球壳区域出现弯曲应力,初挠度影响较为敏感,易在初挠度区域产生塑性变形导致结构失效;建议扁平度取值范围为0.35~0.55,对应球面舱壁极限承载能力相对较高.本文的研究结论可为球-环-柱结构设计提供参考.     

无顶凳槽形横舱壁附近甲板构件布置及型式优化

针对某MR型油船无顶凳槽形舱壁设计中,舱壁前后一档强框范围内甲板纵骨应力水平高,存在结构安全隐患的问题,基于有限元计算分析,通过多方案对比,探讨甲板结构布置形式对槽形横舱壁上端约束的影响,提出一种优化的甲板短纵桁布置方案及其端部连接型式,既可有效降低舱壁附近甲板纵骨的应力水平,又可解决短纵桁与纵骨连接处的疲劳问题。     

潜艇端部舱壁结构分析

端部舱壁结构是潜艇耐压壳体的重要组成部分.该文利用APDL参数化语言编程对影响潜艇端部球面舱壁强度的主要参数进行了讨论和分析.结果表明过渡环两端均采用相切联接时的端部球面舱壁结构的应力水平最低,分析结果同时也证明在进行舱壁结构分析计算时可以忽略梁柱效应的影响.文中的研究结果对潜艇端部舱壁设计具有重要指导作用.     

带有非轴对称球锥过渡环壳的球面舱壁优化设计

系统分析了带有非轴对称球锥过渡环壳的球面舱壁的结构组成、受力工况、强度与稳定性要求,用有限元方法对各参数进行了强度优化与稳定性优化.最后用某中型艇的非轴对称球锥过渡环壳的球面舱壁进行实例分析,对比优化前后球面舱壁的重量值及强度与稳定性性能.     

基于传递矩阵法的2种过渡环形式球面舱壁结构强度分析

以2种过渡形式的球面舱壁作为研究对象,利用Riccati传递矩阵法对其结构强度进行计算并分析。研究了锥壳过渡球面舱壁中半锥角和球-环折角对结构强度的影响,建议优先选取较小的球-环折角;讨论了球壳及环壳半径对圆弧过渡球面舱壁的影响规律,认为在一定的球面舱壁长度下,存在特定球壳半径及相应的环壳半径使得应力状态最佳;比较了2种形式的球面舱壁结构,分析其结构强度差异。     

新型艉轴密封装置的有限元分析与设计

利用ANSYS软件对新型艉轴密封结构进行了有限元分析。首先利用非线性壳单元、层合壳单元以及实体单元建立了艉轴密封结构的有限元模型,在此基础上确定了弹簧金属片的最大应力区域、得到了弹簧组结构的刚度曲线、补偿量-比压曲线,最后对艉轴密封结构在轴向、径向周期激励共同作用下的振动特性进行了分析,并讨论了弹簧金属片形状及厚度对结构密封性的影响。数值结果表明了该新型艉轴密封结构的实用性。     

小水线面双体船下潜体局部强度分析

针对小水线面双体船特有的下潜体结构,运用MSC.Patran软件建立下潜体有限元模型,参考英国劳氏船级社特种船规范中的设计载荷,对下潜体典型部位三舱段模型进行计算分析,并考虑了破损工况下的下潜体局部强度问题。计算结果表明:下潜体各舱室破损状态下的应力比健康状态下大,且下潜体艏部和艉部目标舱的应力比舯部略大,各目标舱中强扶强材、纵桁、横框架和横舱壁是应力较大的结构,在设计和建造时应重点考虑。     

集散两用货船艉部甲板局部强度有限元分析

集装箱船艉部舱段强度校核是船体结构强度校核中的重要组成部分,船舶发动机等重要装置都分布在艉舱段内。在航行过程中集装箱会垂向震荡,极端情况下会影响艉部结构强度能力并使其结构失效,进而对船舶造成毁灭性破坏。运用有限元软件Patran对78.2 m集散两用货船艉部舱段部分进行建模研究,考虑2种集装箱装载工况:装载重箱以及装载空箱,根据规范要求施加了相关边界条件,并根据规范许用应力要求对计算结果进行了分析,最终计算出来的结果表明本船艉部舱段结构有限元强度能够满足中国船级社的规范要求。     

船舶坞墩下水的结构分析及优化

建立全船有限元模型,模拟船舶船坞下水过程,对下水过程中的船体结构变形、坞墩支反力及船体结构强度进行校核。结果表明,艉部局部区域应力和坞墩支反力超衡准,存在破损风险。对艉部局部区域进行结构加强,对坞墩布置方案进行优化,对结构硬点进行消除,实现优化应力分布和均衡坞墩受力,可确保船舶下水过程中的船体及支撑系统安全。     

凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段优化设计

对凹角处设舱壁的轴对称凹凸角舱段结构分别用迁移矩阵法及有限元方法进行了应力分析,对比了2种计算方法所求结果的差别.用迁移矩阵法对舱段结构的主要参数进行了强度优化,并分析了各参数对舱段最大表面应力的影响.用迁移矩阵法对凹角设舱壁与凸角设舱壁的凹凸角舱段分别优化,对优化后两舱段的应力控制、所需材料的最大厚度及重量进行对比分析,开创了一条用迁移矩阵法对潜艇结构进行优化计算的新路.     

小水线面双体船下潜体局部强度分析研究

本文针对小水线面双体船特有的下潜体结构,运用MSC.Patran软件建立下潜体有限元模型,参考英国劳氏船级社特种船规范中的设计载荷,对下潜体典型部位三舱段模型进行计算分析,并考虑了破损工况下的下潜体局部强度问题。计算结果表明,下潜体各舱室破损状态下的应力比健康状态下大,且下潜体船艏和艉部目标舱的应力比舯部略大,各目标舱中强扶强材、纵桁、横框架和横舱壁是应力较大的结构,在设计和建造时应重点考虑。     

泄爆薄板厚度对舱室破坏及舱内载荷影响的数值仿真

[目的]为了研究DDG 1000驱逐舰所采用新型舷侧泄爆结构中泄爆薄板厚度对泄爆效果的影响,[方法]首先,通过实验数据验证仿真方法的可靠性;然后,运用有限元分析软件建立泄爆舱室的仿真模型,分析薄板泄爆结构的泄爆原理,研究不同薄板厚度下舱室破坏及舱内载荷的变化情况;最后,通过函数拟合,得到比冲量和挠度随泄爆薄板厚度变化的二次函数模型。[结果]结果表明:舱室的破坏失效最先发生在薄板和舱壁的连接处,并逐渐向舱壁边角扩大,且薄板厚度越小,越容易形成泄爆口;泄爆口的形成表现为薄板整体飞出舱体;泄爆结构的存在对初始冲击波超压的影响不大,但能有效降低舱内的准静态压力和比冲量;造成防护舱壁变形的主要因素是前期的初始冲击波和反射冲击波,而造成防护舱壁最终破坏的主要因素是长时间作用的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船舷侧舱室等结构开展泄爆设计提供一定的参考。     

加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计

[目的]在水下耐压圆柱壳结构开孔围栏与环向肋骨连接处,易出现应力集中。[方法]为此,提出一种开孔围栏与环向肋骨连接肘板拓扑优化设计方法,以有效降低肘板区域的局部高应力。首先,采用子模型技术对连接肘板区域结构进行精细化应力分析;然后,以连接肘板为设计变量,考虑耐压壳板、围栏和肋骨特征点的应力约束,以肘板区域最大应力最小化为目标函数进行拓扑优化,并对拓扑优化结果进行工程化处理,得到最终的肘板形式。[结果]计算结果表明,面板局部加宽的肘板形式可以有效降低应力集中程度;开孔围栏位置横向偏置时,远离中纵剖面一侧的肘板面板加宽长度较大;连接肘板与开孔围栏中心偏置时,肘板面板关于其腹板对称设计即可。[结论]所做研究可为类似结构设计提供参考。     

圆锥壳大型开孔围栏焊缝裂纹疲劳寿命分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究受均布压载荷的圆锥壳大型开孔围栏焊缝结构中的疲劳寿命问题。[方法]以某水下耐压结构模型作为研究对象,构建有限元模型,使用结构应变方法获取该结构的疲劳危险点并计算该点处疲劳寿命。将计算结果与该水下耐压结构模型的试验数据进行对比,验证结构应变方法在此类结构疲劳寿命评估中的准确性。[结果]结果表明,结构应力最大部位出现在围栏焊缝靠近模型大端一侧,与试验中疲劳裂纹出现位置一致。结构应变方法计算得到的疲劳寿命与实际试验结果基本吻合,实际试验中的疲劳数据落在主e-N曲线的一条窄带上;围栏焊缝危险点处正向结构应力远大于切向结构应力。[结论]结构应变方法可以较好地解释圆锥壳大型开孔围栏焊缝结构的疲劳寿命问题,在此类载荷条件下,危险点处初始裂纹应当为一型。     

自升式修井平台悬臂梁及支承基座强度分析

对新研制的自升式修井平台悬臂梁及支承基座强度进行有限元计算仿真,得到整体应力分布规律,确定受力较大的部位,并进行现场应力测试实验。考虑到现场测试的不足,使用有限元计算仿真进行包括钻台、悬臂梁及支承基座自重的3种测试工况下整体结构的应力。结果表明,其结构最大应力值均小于钢材许用应力,满足设计要求;对较大应力处的艉部基座应力部位进行结构改进,使其应力降低,提高了整体结构的安全性。     

加筋球面壳稳定承载能力研究

球面壳加强筋通常有经向加筋和纬向加筋。不同的加筋形式、不同的加强筋截面形状等对舱壁结构的强度及稳定性有较大的影响。本文对2种不同加筋形式的局部和总体稳定性分别进行计算,计算结果显示球壳加筋可以提高球面壳的稳定承载能力。对于纬向加筋球壳,应主要考虑肋骨间壳板失稳问题,纬线加筋的数目不应过多,过多对肋骨间壳板稳定性的增加意义不大;对于经线加筋球壳,只要当肋骨数目很大时增加球壳的失稳载荷,因此设计加筋球壳时应首先考虑纬线加筋的形式。     

基于ANSYS分析的拖网渔船轻型艉门架设计

小型双甲板拖网渔船的艉门架位于上层甲板,并且在起网作业时承受较大载荷,其结构形式所决定的重量与强度构成一对矛盾,如何处理它们的关系将直接影响起网作业的安全和船舶稳性。文中在原有艉门架结构的基础上,提出经全新改进设计的新型艉门架,并通过有限元分析软件ANSYS对两种艉门架的强度进行分析计算和比较,结果证明改进后的新型艉门架不仅满足了给定作业工况下结构强度要求,同时也大幅降低了结构重量,并在一定程度上降低了空船重心高度。