典型船舶悬臂基座阻抗特性研究

  目的  基座结构的阻抗值及不同加载点间的阻抗均匀性会影响水下结构物辐射噪声。  方法  以一典型水下结构物长基座结构为研究对象,将基座腹板单元密度作为设计变量,提出以提高基座阻抗均匀性为目标的拓扑优化数学模型,并根据优化结果提出有效的腹板开孔形式。在此基础上,以基座各板厚作为设计变量,同时将基座的阻抗值及阻抗均匀性作为目标,建立基于宽容排序法的多目标尺寸优化数学模型,获得基座面板、腹板和肘板板厚优化方案。  结果  拓扑结果表明,基座腹板上并不以相同的模式开孔,且腹板开孔中心与其几何中心不同。尺寸优化结果表明,改变基座面板、腹板以及肘板板厚的搭配,可使案例阻抗离散度最大值减小9.37%,同时基座重量降低33.31%,且加载点阻抗最小值基本不变。  结论  为了提高不同加载点间的阻抗均匀性,不宜在基座腹板上以相同的模式开孔;为了兼顾阻抗均匀性和阻抗值,基座各构件不同区域板厚可不相同。研究结果可为水下结构物基座优化设计提供参考。     

任意边界条件下正交各向异性薄板自由振动特性分析

  目的  为了快速寻找到甲板结构在轮印载荷下的最危险工况,  方法  针对任意边界条件下多跨梁弯曲问题,首先利用改进的傅里叶级数方法（IFSM）描述多跨梁的位移函数,列出位移函数需满足的边界方程,并求解得到级数中各系数间的关系式;然后,基于哈密顿原理得到能量控制方程,采用伽辽金方法求解出满足边界条件的梁结构位移函数,通过算例,与有限元结果进行对比,验证此方法的正确性;最后,将该方法应用于轮印载荷下多跨梁最危险工况的计算中。  结果  结果表明,所用方法的计算结果与有限元结果的误差小于0.05%,具有很好的精度。  结论  相比有限元法,所用方法求解多跨梁最危险工况的速度得到极大提高,同时结合遗传算法,可获得更为精确的轮印载荷最危险工况的作用位置。     

舱内爆炸载荷下箱型梁船体节点结构强度分析

[目的]为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度,[方法]基于ANSYS/LS-DYNA显式动力有限元软件,首先建立箱型梁船体舱段结构的有限元模型。然后,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁连接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。[结果]计算结果表明:舷侧箱型梁与强横梁连接处圆弧式和肘板式节点结构的应力峰值与甲板破口尺寸基本相当;从舱壁撕裂长度来看,肘板式稍逊于圆弧式,在中间箱型梁与强横梁连接处,圆弧连接最优,单侧肘板次之,双侧肘板最差。[结论]所得到的数值计算结果可为箱型梁节点连接结构的工程应用提供有益的参考。     

激光焊接夹层甲板板格强度计算的子模型方法

提出了基于有限元软件ANSYS的激光焊接钢质夹层甲板板格结构强度计算的子模型方法。分别对考虑激光焊接焊缝缺陷的I型夹层板格结构的壳单元计算模型和体单元子模型进行强度分析,并与全部体单元模型的芯层与上下面板连接处及面板中部处应力分布计算结果进行对比,验证壳单元计算模型和子模型方法用于计算夹层甲板板格强度的正确性。计算结果表明,对强度特征关注区域,可建立多个体单元子模型,确定子模型边界影响区域范围,从而可较为准确地评估夹层甲板板格结构强度特性,包括焊缝处应力分布。壳单元计算模型可获得较为精确的板格变形值,但无法考虑激光焊接焊缝缺陷,获得的焊缝处最大应力值明显偏小。     

某核动力平台双层舷侧结构耐撞性试验及数值分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究某核动力平台双层舷侧结构的耐撞性能。[方法]分别建立全船和局部双层舷侧结构碰撞有限元模型,利用LS-DYNA软件进行碰撞仿真分析;在此基础上,设计双层舷侧结构准静态挤压缩比试验模型,开展相应准静态挤压试验,并与数值仿真结果进行对比。[结果]结果显示,对于船舶低速碰撞,局部结构模型与全船模型计算的结构响应基本一致。设计的准静态挤压缩比试验结果与数值仿真结果吻合较好,较好地反映了低速碰撞特性和结构变形模式,验证了数值仿真方法的正确性。双层舷侧结构的核动平台在受到5 000 t级船舶以2 m/s的速度碰撞时未发生破口,具有较好的抗碰撞性能。[结论]采用局部结构模型计算碰撞响应的精度较的,可大幅减少建模和计算的工作量。研究工作对于同类结构耐撞性能分析及碰撞试验研究具有一定的参考价值。     

轮印载荷作用下波纹型夹层板格强度特性分析

针对轮印块状载荷下的波纹型夹层板格结构,建立了应力分析计算方法。该方法基于Mindlin-Reissner板理论的夹层板格整体弯曲计算和经典板理论的芯材间上面板的局部弯曲计算,并将二者叠加得到轮印载荷下夹层板格总的弯曲特性。开发了基于MATLAB的计算程序,能方便地调整夹层板格尺寸及轮印块载荷的位置、尺寸和载荷值,计算相应的板格变形和各特征点应力值。讨论了结构尺寸参数、轮印载荷尺寸参数等对上面板局部弯曲应力及板格整体弯曲应力的影响特性,为这类结构的设计和优化提供有益的参考。     

任意边界下多跨梁弯曲计算及其工程应用

[目的]为了快速寻找到甲板结构在轮印载荷下的最危险工况,[方法]针对任意边界条件下多跨梁弯曲问题,首先利用改进的傅里叶级数方法(IFSM)描述多跨梁的位移函数,列出位移函数需满足的边界方程,并求解得到级数中各系数间的关系式;然后,基于哈密顿原理得到能量控制方程,采用伽辽金方法求解出满足边界条件的梁结构位移函数,通过算例,与有限元结果进行对比,验证此方法的正确性;最后,将该方法应用于轮印载荷下多跨梁最危险工况的计算中。[结果]结果表明,所用方法的计算结果与有限元结果的误差小于0.05%,具有很好的精度。[结论]相比有限元法,所用方法求解多跨梁最危险工况的速度得到极大提高,同时结合遗传算法,可获得更为精确的轮印载荷最危险工况的作用位置。     

基于代理模型的集成上层建筑开口群角隅应力分析北大核心CSCD

针对具有开口群的船舶集成上层建筑,使用ANSYS分析其开口区域的强度特性。在多方案有限元计算的基础上,提出兼顾计算精度和计算成本的强度计算模型。基于该模型,以影响开口区域应力的主要设计参数为设计变量,构造了快速预报开口群角隅节点应力的4种代理模型,并对这4种代理模型进行误差检验,得出在所选取的样本点比例下,Kriging代理模型拟合精度较高。因此,采用构造的Kriging模型分析了结构尺寸对开口角隅节点应力的影响。结果表明:开口面板厚度的变化对角隅节点应力水平影响最大。     

夹层圆柱壳结构的优化设计

为了探究不同层间加强筋形式对双层圆柱壳承载能力与抗爆性能的影响,对4种双层加筋圆柱壳在静水压力与水下爆炸载荷下的响应进行数值研究。

首先,建立等质量不同结构形式加筋圆柱壳的有限元模型;然后,利用有限元软件ANSYS计算分析圆柱壳的结构形式对圆柱壳强度、稳定性和极限承载能力的影响;最后,利用有限元软件Abaqus/Explicit计算分析圆柱壳的结构形式对圆柱壳在爆炸载荷下的变形和塑性应变的影响。

结果显示,与等质量的传统单层加筋圆柱壳结构相比,I形加强筋双层圆柱壳的承载能力具有较大的优势;当爆炸载荷水平较低时,肋骨间距较小的双层圆柱壳的抗爆性能相当,而当爆炸载荷水平较高时,肋骨间距较小的双层圆柱壳的抗爆性能则会降低。

研究表明,合理设计双层加筋圆柱壳的结构形式能够获得承载能力与抗爆综合性能较好的设计方案。

     

基于既往优化知识的稳健性优化方法

[目的]由于直接运用嵌套差分进化算法求解区间不确定性稳健优化问题十分耗时,提出一种能够减少耗时函数调用次数的稳健性设计优化方法.[方法]该方法利用临界距离内已经精确计算过的个体响应值的信息近似预测其他个体响应值,以此近似评估个体稳健性指标;利用进化过程中逐步扩充的精确个体响应值的信息,选择性地重新评估已往个体的稳健性,...