船舶碰撞外部动力学数值模拟研究

为提高船舶结构碰撞动力学计算精度,本文首先建立船舶结构碰撞动力学模型,并对材料应变过程进行详细的受力分析。建立精确的用于描述材料塑性流动应变模型。基于Matlab软件对船舶碰撞外部动力学过程进行数值计算,得出结构碰撞载荷及能量响应。计算结果表明,整个碰撞过程中,结构应变呈现出连续增长趋势,结构的屈曲将连续发生,表明船身结构受到破坏后将无法保持其强度的稳定性。     

基于有限元法的船舶轮机叶片改进设计研究

为了对船舶轮机叶片进行改进优化,本文通过建立的叶片有限元模型,计算轮机叶片在以水作为介质状态下的应力和应变数据,并对应力和应变数据进行可靠性分析,同时为了保证轮机叶片的正常工作,通过对轮机叶片的材料进行改进,利用多物理场有限元仿真软件COMSOL,计算3种不同材料的轮机叶片在流场中的应力和应变并进行对比,对轮机叶片的设计和改进具有重要的参考价值。     

试样极限塑性和船舶触礁模型试验校准计算

船舶碰撞与搁浅时的结构损伤是一个复杂的动态非线性过程。国际船舶与离岸结构会议碰撞与搁浅委员会（ISSC－V.3)组织其成员进行了两项专题研究：（1）材料极限塑性极限应变试验数据用于有限元模型计算时的尺度修正系数；（2）各种计算方法用于船舶搁浅（触礁）计算的准确性。介绍了作者承担上述两项研究的成果，给出了极限塑性极限应变的尺度修正系数的计算方法和结果，论证了非线性有限元显式积分方法及MSC／Dytran软件用于搁浅计算的准确性。     

基于MD Nastran的船-冰碰撞数值仿真研究

船舶与海冰的碰撞过程十分复杂,涉及多种非线性问题。文章运用 MD Nastran对船舶艏部与冰的碰撞进行数值仿真计算,来模拟这一过程。得到了碰撞结束后,船首和海冰的损伤变形情况,船体结构的应力应变情况,以及在船—冰相互作用过程中的能量变化,应力应变变化。研究结果描述了船舶与冰碰撞的详细过程,揭示了冰载荷作用下船体结构的响应规律,可为船舶抗冰载荷设计提供参考。     

基于MD Nastran的船—冰碰撞数值仿真研究（英文）

船舶与海冰的碰撞过程十分复杂,涉及多种非线性问题。文章运用MD Nastran对船舶艏部与冰的碰撞进行数值仿真计算,来模拟这一过程。得到了碰撞结束后,船首和海冰的损伤变形情况,船体结构的应力应变情况,以及在船—冰相互作用过程中的能量变化,应力应变变化。研究结果描述了船舶与冰碰撞的详细过程,揭示了冰载荷作用下船体结构的响应规律,可为船舶抗冰载荷设计提供参考。     

船舶建造总段吊装方案分析

本文以中机型船舶机舱分段为例,对船舶建造过程中总段吊装方案进行分析,并通过有限元计算对吊装过程中的应力应变进行了研究。通过本文分析,对总段吊装方案的策划进行了介绍,为船舶建造过程中的总段吊装提供有利的借鉴意义。     

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。     

参数化建模在舰船结构设计和载荷强度分析中的应用

高速船的船体结构应力/载荷与应力条件较为苛刻,因此,想要提高高速船舶的结构设计,必须要对高速船舶的结构件进行系统的力学分析与仿真。Ansys有限元仿真平台的功能强大,能够有效的模拟高速舰船在不同受力状态下的载荷强度和应力集中系数。Ansys APDL能够采用参数化建模的方法快速的建立不同结构的有限元模型。本文结合Ansys APDL系统地研究高速船板架结构在不同载荷下的应力应变,有利于提高结构设计强度。     

基于盲孔法的水下承压结构残余应力测试研究

对盲孔法测残余应力中的等轴三角应变花应变释放系数进行有限元标定和塑性修正,得到了塑性修正后的应变释放系数;采用盲孔法对高强度钢水下承压结构典型部位的焊接残余应力进行测量,根据测试得到各测点的释放应变值,结合修正后的应变释放系数计算得到了水下承压结构典型测点的残余应力值。结果表明,水下承压结构焊缝附近纵向残余应力可达0.5倍屈服极限,周向残余应力可达0.4倍屈服极限。     

基于盲孔法的水下承压结构残余应力测试研究

对盲孔法测残余应力中的等轴三角应变花应变释放系数进行有限元标定和塑性修正,得到了塑性修正后的应变释放系数;采用盲孔法对高强度钢水下承压结构典型部位的焊接残余应力进行测量,根据测试得到各测点的释放应变值,结合修正后的应变释放系数计算得到了水下承压结构典型测点的残余应力值。结果表明,水下承压结构焊缝附近纵向残余应力可达0.5倍屈服极限,周向残余应力可达0.4倍屈服极限。     

基于奇异元计算分析裂纹尖端应力强度因子

采用两种奇异单元模拟裂纹尖端应力应变场的奇异性,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子的ANSYS有限元模型。通过数值计算,分别考察了这两种有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力强度因子计算精度的影响,比较了应力强度因子对各个参数的敏感程度。发现采用20节点奇异元的有限元模型计算的应力强度因子几乎与网格参数无关,其计算结果更稳定可靠。该模型能够用于船舶及海洋工程结构中含裂纹构件的应力强度因子计算。     

内河船舶极限强度计算的逐步破坏法程序设计

在船舶设计与强度评估中,为更加真实地了解船体结构的安全极限,要求计算船体梁的极限强度。逐步破坏法由于其计算效率高,结果比较可靠,被广泛运用于大型海船设计,但在内河船舶设计规范中,至今尚无有关极限强度的条款。通过非线性有限元程序计算得到加筋板单元平均应力应变关系,并与Rahman法、CSR法以及ISUM方法计算得到的应力应变关系曲线进行对比,以验证其可靠性。然后,按照一定的规律建立符合内河船舶构造的加筋板单元应力应变关系数据库,并编写逐步破坏法计算程序,在计算过程中,其能根据加筋板单元尺寸自动选取对应的关系曲线;对参数超出数据库的情况,则通过插值实现。     

数值仿真中单元密度对材料失效应变的影响

对普通船用低碳钢拉伸实验进行数值校准计算,确定用于数值仿真计算中的材料最大失效应变参数。通过改变有限元网格大小,确定不同网格密度对应的材料失效应变与工程断裂应变的关系,绘制了数值计算中材料失效应变的修正系数α曲线。     

用有限元法确定弹塑性材料结构的极限承载力

确定弹塑性材料结构的极限承载能力是结构设计中极其重要的一个问题,它通常是采用弹塑性非线性有限元方法来进行分析的.本文提出了利用基于一系列线弹性有限元解来获得弹塑性材料结构的极限承载能力的试验误差法,并将它与切线法和割线法进行了比较和讨论.在计算的每一步中,根据应力松弛系数降低杨氏弹性模量,并将结构的应力松弛系数和作为误差指标.当结构的误差指标小于给定的误差容限时就得到收敛解.本文方法可计算出结构受载后直到崩溃时应力、应变和载荷-变形曲线.数值实验表明,本文方法是有效的和可行的.     

船舶外壳材料成型三维仿真研究

常规船舶外壳材料成型三维模拟过程,无视船舶外壳材料的导流性能,导致仿真图像密度矢量较低,因此,提出船舶外壳材料成型的三维仿真研究。计算PVC金属导流成型范围内的描述误差,确定弧形三维外壳构件参数,利用参数搭建仿真层级体系,建立三维实体CAD等效仿真模型,对仿真模型结构进行多层化处理后,通过Visual-mesh软件对材料成型后的三维结构进行有限元网格化处理,结合多点匀时拟合成型技术,描述出船舶外壳材料成型图像,以此实现三维仿真过程。最终的实验结果表明:设计方法与2种常规方法进行比较,仿真图像密度矢量均高于常规方法。     

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。     

船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大。为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作。针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效。然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大。本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系。结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用。研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义。     

流固耦合的船舶结构强度分析

常规方法构建船舶结构有限元模型时,对模型施加的流场绕流压力不充分,导致结构应力应变数值模拟精度较差。针对这一问题,设计流固耦合的船舶结构强度分析方法。建立船舶有限元模型,网格划分船体和流体区域,计算船体波浪水槽参数,模拟船舶航行的绕流场,导入绕流场动压力和静压力,施加流场载荷给船体结构,得到不同受力情况下的应力应变,确定结构强度。设置对比实验,结果表明,设计方法相比常规方法,减少船舶结构最大变形、最大应力值的数值模拟误差,对结构强度的判断更为准确。     

船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大.为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作.针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效.然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大.本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系.结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用.研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义.     

存在奇异点的结构疲劳评估简单方法

由于船舶结构整体几何形状具有内在的应力奇异性,其有限元分析结果的评估并不明确。通过对一个简单平面直角十字形拐角结构上的奇异性和裂纹尖端的奇异性进行分析,提出简化后的经验法则及一个直接的计算方法,用于计算裂纹的应力强度因子和基于S-N曲线疲劳分析中的应力集中系数。同时对结构中奇异点处应力场性质提出认识,对其有限元分析方法中网格的划分提供基础。