复合材料层合板螺栓连接接头极限强度分析

对基于不同渐进失效准则计算复合材料层合板螺栓连接接头极限承载力的高精度预报方法展开研究。基于Abaqus有限元软件,采用USDFLD子程序对接头进行渐进失效分析。分别采用最大应力准则、蔡-希尔失效判据、霍夫曼失效准则、蔡-吴失效准则、哈辛失效准则等5种失效准则进行数值计算。建立不同的场变量描述纤维、基体、界面的损伤状态,研究复合材料层合板螺栓连接接头在拉伸载荷作用下的损伤发展过程。研究表明,基于这5种失效准则计算的有限元仿真结果均与试验值较为接近,其中采用纤维失效和基体失效分开考虑的哈辛失效准则计算的复合材料层合板螺栓连接接头的极限强度与试验结果的准确度吻合最好,较适用于复合材料螺栓连接结构的有限元仿真。     

螺栓连接的双体游艇扭转强度有限元计算研究

针对船体结构中的螺栓连接问题及双体船扭转强度问题,探讨了螺栓连接的模拟方法、有限元的力学计算模型及计算方法。利用大型有限元软件MSC.patran/nastran按现行规范对一艘采用螺栓连接的铝合金双体游艇进行了实算和强度校核,得到了螺栓处节点载荷并运用第四强度理论对螺栓进行了校核。计算结果表明,计算方法是可行的,计算模型是合理的。     

拼装式浮箱工程船船体及连接装置强度有限元分析

利用有限元分析软件MSC.PATRANNASTRAN对某拼装式浮箱工程船进行整船有限元分析。针对螺栓连接结构的分析,采用MPC模拟和实体模拟两种方法进行比较。结果表明,波浪中拱工况全船结构应力最大,且高应力发生在主浮箱前端壁附近的连接装置及船体结构处。采用实体单元模拟螺栓连接,能更有效地反映浮箱之间的连接特性,此方法更为合理。     

轻型复合材料上层建筑与钢质船体连接结构设计分析

[目的]设计可靠、有效的复合材料上层建筑与钢质主船体连接结构是复合材料上层建筑在舰船上应用面临的难点之一。[方法]综合考虑各种连接结构的优、缺点,采用"π"型双螺栓、双剪切连接形式设计复合材料与钢连接结构。提取上层建筑与主船体连接位置在浪花飞溅冲击载荷作用下的垂向反力及弯矩作为设计载荷,利用有限元软件ANSYS校核2种工况下的强度。[结果]计算结果表明,各项需要考核的应力指标均小于材料的极限应力,并且保留了一定的安全裕度,所设计的连接结构较为合理、可靠。[结论]在2种设计工况的强度校核中,泡沫芯材剪切应力的安全裕度最小;对于芯材较厚的夹芯板,泡沫芯材的剪切应力是薄弱环节,故在设计复合材料夹芯板连接结构时,应重点关注芯材的剪切问题。     

船用复合材料层合板螺栓孔处疲劳寿命实验研究

复合材料层合板结构由于其优异的力学性能在舰船上得到广泛使用。此种结构一般采用螺栓连接,其连接处的疲劳特性往往决定了结构的使用寿命。针对舰船桅杆上的复合材料雷达罩,阐述如何将结构疲劳实验简化为部件疲劳实验的具体方法和过程。设计了试验件和相应的夹具,开展了复合材料层合板螺栓连接结构的部件疲劳实验。分析表明:弹簧垫圈的预紧作用可延长复合材料层合板螺栓孔处的疲劳寿命;可采用结构静强度覆盖结构疲劳并辅以部件疲劳实验的方法来评估复合材料层合板结构的疲劳性能。     

船舶球鼻首声呐导流罩连接结构设计及模型试验

提出了船舶球鼻首导流罩玻璃钢壳体与船体结构之间的两种新型连接结构－－纤维桩结构和柔性密封螺钉连接结构，即：在钢构架与玻璃钢壳体之间采用纤维桩连接结构，玻璃钢壳体边界与船体搭接板之间采用加橡胶柔性密封的螺钉连接结构。导流罩的局部小模型和1：1局部大模型试验证明，该连接结构能保证导流罩具有足够的强度和水密性，其性能优于现有螺钉连接结构，适合于装船使用。同时，利用MSC／Nastran大型有限元分析软件对1：1局部大模型进行了数值计算分析。根据试验和有限元计算结果，得出在采用纤维桩结构连接后，玻璃钢壳体的应力和变形规律，并提出了玻璃钢导流罩壳体强度衡准。依据该衡准，通过数值模拟分析，对整体玻璃钢导流罩的纤维桩布置方式进行设计，以求用尽量小的纤维桩数目来满足强度要求，最终得出了非均匀布置的布桩方案。     

船用主轴法兰连接的有限元分析

针对某实船主轴的铰制螺栓法兰连接,采用有限元软件MSC.Marc对连接件进行三维实体有限元模拟分析,研究船用主轴在工作载荷下的工作工况。通过计算得到铰制紧配螺栓法兰连接在螺栓预紧力、螺栓过盈和主轴扭矩推力的影响下各部件的应力和变形情况。计算结果显示:法兰连接中最大应力出现在螺栓中;法兰上的应力水平并不高,且法兰盘上铰制孔到法兰盘边的应力较小。     

不同连接属性下低桩承台重力式码头动力特性

为了研究不同连接属性对结构动力特性的影响,利用ABAQUS软件建立精细化有限元模型,对上下部结构采用锚固连接和摩擦接触两种连接方式形成的低桩承台重力式码头整体结构进行动力时程分析,研究两种连接属性所对应结构的地震响应规律。结果表明,在地震结束时,锚固连接结构的残余位移比摩擦接触结构小;摩擦接触结构水平峰值加速度之差大于锚固连接结构;锚固连接结构的最大与最小拉(压)应力均小于摩擦接触结构;摩擦接触结构最大动土压力值、最大与最小动土压力之比均大于锚固连接结构。     

钢板/凯夫拉层合结构爆炸响应数值分析

复合材料层合板在防护结构中得到了越来越广泛的应用,数值模拟是分析这类结构在爆炸载荷作用下动态响应的有效方法之一。基于LS-DYNA软件平台,建立凯夫拉纤维细观结构有限元模型,通过弹体侵彻试验验证该建模方法的正确性,进而采用所提出的建模方法建立钢板/凯夫拉层合板的有限元模型,实现钢板/凯夫拉纤维细观结构有限元模型爆炸响应的数值模拟。研究表明:纤维材料细观结构有限元模型可以较好地模拟弹体侵彻过程以及层合板在爆炸载荷下的破坏模式。计算结果对比显示凯夫拉层对钢板的抗爆性能可起到明显增强作用。     

子模型方法在舰船设备连接结构强度研究中的应用

对子模型方法进行了详细的介绍，并以某舰用齿轮箱为计算模型，验证了冲击载荷下子模型方法计算舰船大型设备中的连接结构强度问题的有效性，其计算结果与常规计算方法的结果十分吻合．以某舰用齿轮箱为算例进行抗冲击计算，应用子模型方法对该齿轮箱连接构件进行了强度校核．计算结果表明，该齿轮箱的连接构件可以满足相关抗冲击要求，螺栓结构的动态响应特性与螺栓的连接形式有密切关系．研究结果对大型舰载设备连接构件的强度校核提供了新思路，具有一定的参考价值．     

三峡升船机卧倒门油缸支铰优化

针对三峡升船机试运行期间闸首卧倒门油缸支铰连接螺栓断裂的问题,在满足闸首工作门结构力学性能的前提下,对不同工况下的螺栓进行强度分析,利用Solidworks Simulation有限元软件,建立螺栓和连接板的本构模型,对螺栓和连接板应力场进行数值模拟,得出螺栓断裂的原因,并提出油缸支铰的优化方案。结果表明,原螺栓强度预紧力小于螺栓最大工作荷载而导致螺栓断裂,更换的10. 9级高强度螺栓可以满足实际工况需求,增加的两个筋板保证了油缸支铰螺栓连接板的强度,可供类似工程提供参考。     

综合集成桅杆螺栓连接方式研究

应用ANSYS软件对综合集成桅杆中复合材料和钢材连接部位进行应力分析,采用接触单元模拟螺栓的接触问题。根据6种工况的结果对比分析得出,非等距螺栓布置对降低玻璃钢孔和螺栓的应力水平效果显著,由此得出最优化设计——螺栓间距成比例布置,最优比例为1∶1.2。采用S-N曲线对玻璃钢孔和螺栓疲劳寿命进行了研究。结果表明：成比例间距螺栓布置方式对延长疲劳寿命有益处。     

海洋导管架平台K型节点碰撞性能研究

管节点是海洋平台设计研究中的一个重要内容。本文以海洋平台中最常见的K型节点为研究对象,用MSC/Dytran数值模拟了K型节点在撞击荷载作用下的损伤特性,对平台设计中常见的管节点加强措施与未加强措施的管节点进行了比较研究,研究表明采用加强筋措施效果较好。     

Finite Element Simplified Fatigue Analysis Method for a Non-tubular Joint of an Offshore Jacket Platform

This paper proposes the finite element simplified fatigue analysis method for fatigue evaluation of the composite non-tubular joint structure of an offshore jacket subjected to wave loads. The skirt pile sleeve of the offshore jacket, which had been in service, was taken as an example of the non-tubular joint structure. SACS software was used for global analysis of multi-directional wave loads for the jacket platform, and ALGOR software was used to build a finite element model, perform finite element analys...     

Finite element simplified fatigue analysis method for a non-tubular joint of an offshore jacket platform

This paper proposes the finite element simplified fatigue analysis method for fatigue evaluation of the composite non-tubular joint structure of an offshore jacket subjected to wave loads. The skirt pile sleeve of the offshore jacket, which had been in service, was taken as an example of the non-tubular joint structure. SACS software was used for global analysis of multi-directional wave loads for the jacket platform, and ALGOR software was used to build a finite element model, perform finite element analysis, post-process stress results for acquiring the stress range, and perform fatigue evaluation. The analysis results indicate that the extreme stress range is within the allowable stress range and meets the requirements of DNV code. That means the simplified fatigue analysis method is effective and can be used in fatigue design for the non-tubular joint structure of an offshore jacket.     

船舶撞击荷载下桩基-重力式复合结构连接节点响应分析

桩基-重力式复合结构的连接节点处受力集中、应力大,且两种材料之间的连接,是该结构最关键和薄弱的部位。利用ABAQUS软件建立桩基-重力式靠船墩模型,分析连接节点在船舶撞击荷载下的响应,并研究不同因素的影响。结果表明,在船舶靠泊撞击荷载下,桩基-重力式复合结构前排连接节点的位移和受拉损伤系数峰值略大于后两排,最大主应力峰值出现在前排桩与沉箱连接节点前侧。桩的埋入深度应不小于1倍桩径,当埋入深度超过1倍桩径后,增大埋入深度对改善连接节点受力特性效果不明显;增大桩径尺寸是改善连接节点的受力特性最有效的措施,提高沉箱高度是改善连接节点的受力特性较为经济合理的措施。同时,可设置构造措施提高连接节点的承载力。     

基于PCL语言的锚机有限元分析系统

锚机有限元分析过程中,螺栓分点力加载过程非常复杂。采用MSC.Patran二次开发语言PCL进行编程,生成锚机有限元分析系统,实现了螺栓分布力的自动加载,开发有限元后处理系统界面,大大提高了螺栓加载效率。     

复合材料层合板螺栓连接强度实验研究

通过对不同预紧力下舰船复合材料层合板单剪连接和双剪连接两种结构形式的静拉伸强度实验,考核了复合材料层板螺栓连接处的强度特性。实验结果表明:双剪连接结构强度随着预紧力的增大而增大。而在单剪连接结构中,一定范围内的预紧力可以增加连接结构的强度,过大的预紧力会使其连接强度减小。通过对以上实验现象的分析,认为预紧力对板的侧向约束限制并延缓了局部开裂和分层是预紧力增加螺栓连接结构强度的主要原因。     

Load-bearing characteristics of marine complex sandwich composites considering unequal elastic modulus in tension and compression

The panel and core materials of sandwich composite usually have the characteristics of unequal elastic modulus in tension and compression. However, in the numerical calculation of sandwich composite, it is usually considered as the material with the same tensile modulus or compression modulus, which often leads to larger calculation errors. The test results show that when the elastic modulus of tension and compression is about 10 times different, the maximum calculated stress and maximum deflection will be more than twice different. In view of the complexity of sandwich composite structure, based on the bi-modulus model of laminated plates, a simplified theoretical formula and numerical calculation method are proposed for bi-modulus sandwich composite structures in this paper. Furthermore, the accuracy of the proposed numerical calculation method of bi-module is verified by the experimental study of composite single-layer plate structure and sandwich composite cabin structure. The results show that the error between the improved numerical calculation method and the experimental measurement results is basically within 6%. Meanwhile, the numerical method based on field variables has wide application range and high convergence, and can be used to calculate complex marine composite structures.