基于参数化有限元的深潜器主框架优化设计

深潜器主框架是一个大型空间刚架结构,如何对这类复杂的工程结构进行优化,使其既满足自身的强度和刚度要求,同时又满足总体设计对主框架重量和布置的要求,这些仅仅根据经验是不够的,如何充分利用现有的大型通用有限元软件的优化设计功能显得尤为重要.本文利用现有通用大型有限元软件MSC Patran/Nastran,基于参数化设计的思想,对深潜器主框架进行了两个方面的优化设计:首先在初步设计方案的基础上,应用有限元静力分析功能,对方案进行渐进结构拓扑优化;其次,对选定的方案,分别采用可行方向法、序列线性规划法和序列二次规划法这3种优化算法对主框架进行优化,并比较各优化方法的适用性,说明了对于复杂结构存在的目标函数多峰值现象.结果表明,通过参数驱动有限元优化能够显著减轻主框架的整体重量,使材料达到最大的利用效率,具有实用意义.     

基于钻孔法检测预应力混凝土梁有效应力的有限元分析

对于已经建好的预应力结构,如何检测结构物当前的有效应力一直是难以解决的问题。文中利用钻孔法检测预应力混凝土梁的有效应力,通过有限元软件ANSYS的计算得到钻孔前后应变的变化,结合理论计算可确定检测工作中最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置。在实际检测工作中,应首先通过有限元分析确定最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置,然后测量贴应变片处钻孔前后应变的变化,结合相关理论计算即可得到预应力混凝土梁的有效应力。     

Development of a finite element modeling system for ship structures

In ship structural design, many structural analyses by the finite element method are carried out on models at several different scale levels; for example, a whole ship, cargo hold parts, and detailed structures. However, one serious problem with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is very difficult and laborious. To overcome this problem, an object oriented, finite element modeling system, MODIFY, has been developed by the authors. In this paper, the concept of the finite element modeling system and the techniques for the construction of the system are explained. First, the object oriented data structure of the system, based on the Part-Object concept, is proposed. In this concept, not only the geometry of the domain but also the analytical conditions, such as boundary conditions and material properties, and the finite element model, are represented by the object oriented data structure. By using this data structure, effective finite element model generation can be expected. Second, a mesh generation algorithm based on the frontal method is described. The original frontal method by S.H. Lo was improved for application to three-dimensional curved surfaces. A new inner node placement technique to make quadrilateral elements around stress concentrated areas is also proposed. These techniques are suitable for ship structures, and more accurate results from the finite element analysis can be expected. Moreover, the parallel mesh generation is implemented in MODIFY by using the client-server concept to accelerate mesh generation. Third, a prototype system for the automatic finite element model generation for different analysis levels is proposed. The system is based on the concept of the PD part, which is the part in the design and production stage, and automatic computing of the intersection between PD parts. The validity of this system is demonstrated by some examples.     

海港工程活动式防浪结构有限元分析

针对一种新型海港活动式防浪结构,基于有限元法建立4种分析模型进行模拟计算。对比分析可知,利用接触面上节点自由度耦合方式创建的有限元模型更适用。运用上述有限元模型,分别对活动式防浪结构的应力、位移和螺栓内力进行求解,以及分析钢材厚度变化对组合结构力学性能的影响。结果表明:钢构件下端拉、压应力较大,需重点加强;板厚越小,组合结构的应力和变形越敏感。结合防浪结构的安全性和经济性,提出设计和优化要点,为工程应用提供参考。     

基于CSR有限元分析球扁钢等效方法研究

基于CSR的油船有限元分析中,球扁钢不可以直接进行疲劳及屈曲计算,需将其等效为L型材或T型材。规范要求保证等效前后横剖面面积及惯性矩特性与原球扁钢相同。而且在利用PULS进行加筋板屈曲计算时对其加强筋（如扁钢、L型材及T型材）有尺寸比例限制。依据上述要求建立了球扁钢等效优化模型,并采用相应优化算法进行求解。实例计算结果表明,所用方法基本保证了等效结果满足规范要求,并可以进行屈曲计算,达到工程应用要求。     

基于有限元方法的船舶主推进器区域结构强度分析

随着国内运输船日趋大型化、高速化,大型双桨双舵船舶的应用越来越广泛。本文分析双桨双舵船舶的特点,提出适合国内建造大型双桨双舵船舶主推进区域结构强度分析方法。在推进器不同推进角度和推进速度情况下,推进器所受的力进行有限元分析,对推进器区域船体外板、各层平台及肋骨等强力构件的受力进行研究,并与船级社规范对比研究,保证船体的基本构件稳定性和刚度上的要求从而为我国大型双桨双舵船舶的建造提供一些可行性的思路。     

TSC管桩受弯承载力有限元分析

以TSC管桩本体结构和接头部位的抗弯试验为基础,进行有限元模拟分析。计算不同荷载等级下管桩的挠度变化,分析管桩受力过程,并研究钢管壁厚对TSC管桩极限承载力的影响,论证有限元模型的适用性。     

预应力巨型支撑-钢框架结构的Pushover分析

采用Pushover分析方法,从底部剪力、破坏模式和抗震性能方面,研究在两种典型水平荷载模式下,预应力巨型支撑-钢框架结构的非线性性能.结果表明:结构在均布荷载模式下的极限荷载比倒三角模式下的大;两种水平荷载模式下,结构破坏模式相似,首先是下部楼层梁屈服,当较多水平梁屈服后柱出现屈服,极限状态时拉索才会出现屈服;经过抗风抗震弹性设计的预应力巨型支撑-钢框架结构,弹塑性抗震性能满足规范要求.     

Dynamic analysis of risers using a novel multilayered pipe beam element model

In this paper a recently proposed formulation for the multilayered pipe beam element is extended to dynamic analysis of risers. Derivations of hydrostatic and hydrodynamic loadings due to internal and external fluid acting on each element layer are presented. Mass and damping matrices, associated to each element layer, are properly derived by adding their respective contributions to the expression of the virtual work due to external loading. The finite element implementation allows for the numerical representation of either bonded or unbonded multilayered risers, including small slip effects between layers. A number of numerical examples have been carried out and the results show the accuracy and efficiency of the new element formulation, even in large scale riser analysis. Moreover, we establish a few benchmarks using multilayered pipes and risers.     

衬砌船闸闸室接触有限元分析

基于有限元计算方法,以某航电枢纽工程为依托,采用非线性理论建立二维闸室结构仿真模型,分别在检修和低水运行工况下对高衬砌倒梯形闸室结构与岩基进行接触分析和计算。通过对接触状态及接触部位的应力分布研究,得到倒梯形衬砌式闸墙结构薄弱面可能在台阶处的主要结论。     

船体结构噪声的有限元计算分析

有限元方法是解决结构静力、动力问题的有力工具,在工程结构振动声学性能计算中正越来越多地被采用。采用有限元方法对船体结构噪声进行计算和分析,计算结果表明,有限元方法的可行性和有效性。     

船舶双层底框架的模态分析

采用有限元方法,对主机机舱双层底框架进行模态分析,分析板厚和肋对结构振动模态的影响.结果表明,增加船舱板厚度会使结构刚度和固有频率上升,但与单板所呈现的同阶频率等幅增大的规律不同;肋对结构振动模态的影响比较复杂.分析指出工程中更应注意肋的选取.     

锚机机架结构优化设计

结合有限元法、拓扑优化理论以及尺寸优化理论,对某锚机机架进行了系统的创新设计。首先根据锚机设计参数确定该机架的基本尺寸和材料参数,以此建立机架有限元模型,并在此基础上建立拓扑优化模型,得出该机架的最佳传力路径;再根据优化结果建立了三种设计方案的壳单元数值模型和相应的包含离散变量的尺寸优化模型,进行机架的详细设计和比较分析,得出最优机架结构。     

钢桁桥长列高强螺栓群优选布置的有限元分析

  目的  安装有多组设备的长条形基座在各种局部载荷作用下其螺栓群受力与普通基座不同,具有局部性的特点。  方法  采用有限元法分析基座螺栓群受力,梳理计算步骤和注意事项。针对基座局部承受的拉力、横向和纵向弯矩以及组合载荷作用,运用连续梁理论、力与力矩的平衡,给出一套螺栓群受力的简化计算方法和公式。结合某长条形基座在多种局部载荷作用下的螺栓群受力分析,说明计算过程和精度。  结果  结果表明：所提计算方法简单且精度较高,通常略大于有限元计算结果并偏于保守。  结论  该确定方法可用于舰船设备基座的设计及船体支撑结构的强度分析。     

船闸闸室结构的船-墙碰撞三维有限元分析

以江苏某重力式船闸闸室结构为例,采用ABAQUS软件建立船舶-闸室结构-土体三维有限元模型,对船舶撞击闸室进行瞬态动力分析,得到不同工况下的撞击力时程曲线和撞击力值等结果。研究结果表明:船舶撞击闸室的法向平均撞击力大小与船舶排水量的12次方、撞击速度的1次方、撞击角度的1次方成线性关系;将软件模拟的船舶法向撞击力数值与依据JTJ 307—2001《船闸水工建筑物设计规范》得到的计算值比较,发现规范公式得到的数值普遍偏小,低估了过闸船舶撞击力的影响。     

复杂轴承支撑结构动力学特性的有限元方法研究

复杂轴承支撑结构由多个子结构组合而成,从而形成多个接触面.研究表明,这些接触面的存在对结构的动力学特性有着显著地影响,其对振动信号的衰减与反射是振动信号提取过程中的一个难题.针对这个问题,建立轴承支撑结构的有限元模型,利用Ansys Workbench对结构进行模态计算和传递函数的计算,采用与整体结构对比研究的方法,考虑螺栓预紧力的变化对结构振动特性的影响,分析结构受冲击载荷激励时响应的特点.结果表明,随预紧力的增大,各阶模态呈增大趋势,螺栓结构对高频信号的衰减作用更加明显,轴承故障信号在复杂传递路径中难以有效的传递.     

整体卸荷式板桩挡土结构三维有限元数值模拟分析*

整体卸荷式板桩挡土结构是深厚软土地区高桩码头良好的接岸结构形式,采用有限元数值分析方法得到不同桩排距、后排桩间距和开挖深度条件下该类挡土结构前后排桩受力和变形特征并进行研究。结果表明,增加前后排桩间距可以减小桩基的水平变形,并使前后排桩的桩力分布更加合理;改变后排桩间距使前排桩水平和竖向位移均逐渐增大,前后排桩端部弯矩和剪力都增大;开挖深度的增加使结构水平位移增加。     

对接焊残余应力的有限元分析

针对应用有限元方法进行焊接残余应力数值预报时模拟普遍存在的三维模拟过程复杂、计算时间冗长、计算费用较高的问题,通过引入焊接热循环过程的加热和冷却时间比,提出了以线热源代替点热源的简化数值预报方法,使三维问题简化为二维问题进行数值模拟,大大节省了计算时间.数值计算结果表明:文中提出的焊接残余应力的数值预报方法能满足焊接力学分析的精度要求,节省了大量的计算时间,可以应用于工程实际.     

混凝土连续叠合梁中内力重分布探讨

简要分析了混凝土叠合结构的内力重分布的现象,并且对弯矩调幅系数的计算作了归纳,在此基础上对目前研究中存在的一些问题提出看法。     

柴油发电机组基座试验模态分析与有限元分析

使用有限元分析软件 ANSYS,对柴油发电机组基座在自由-自由边界条件下进行了有限元模态分析,获得了各阶模态参数,并与试验模态分析结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性,进而为基座的结构优化设计提供了依据.