管路系统抗冲击性能的工程简化方法研究

根据船舶管路系统及元器件布置的特点,利用具有分布集中质量的等效连续梁模型,建立典型管路的力学简化模型。在此基础上结合参数化建模技术、有限元分析技术,分别以固定约束、简支约束和弹簧约束作为模拟约束条件,进行数值计算。回归出典型管路位移响应幅值、应力响应幅值简化计算公式中的各参数,进而获得管路系统抗冲击性能的工程简化计算公式。     

基于灵敏度分析的管路系统抗冲击优化设计

运用Sobol'法、傅立叶幅值灵敏度检验扩展法和重要测度法对某管路系统进行了灵敏度分析,得到了对管路系统冲击响应影响较大的若干参数.以这些参数为设计变量,以管路最大冲击等效应力为目标变量,联合运用子问题法及扫描法对管路系统进行了抗冲击优化设计,得到了一些有益于管路系统抗冲击设计的结论.研究表明,应用基于灵敏度分析的抗冲击优化设计方法能快速判断出舰艇管路系统中不合理的设计如支撑位置、刚度等,其结果为舰艇管路系统提高抗冲击能力进行改装提供了理论支持.     

船舶典型管路冲击动力响应和变形特性数值模拟方法及试验研究

根据船舶典型管路段按1∶10比例设计管路试验模型,冲击试验台上分别进行了不同管夹及支吊架的布置方式下的冲击试验,并对试验结果进行分析,给出典型管路系统冲击响应及变形特点,在此基础上采用时域法结合接触有限元建模技术,对试验模型管路在试验工况下的冲击响应、动态变形进行了数值模拟并与试验结果进行对比分析,结果表明:数值模拟结果的仿真精度较高同时可以很好的模拟管路系统的破坏形式和变形特点.     

典型舰船循环水系统管路振动特性

舰船管路系统中的流体介质在管路源设备的作用下沿管路传输会产生振动和噪声。以典型舰船循环水系统的管路模型为研究对象,借助有限元软件分析该管路系统介质、管路支座布置间距等工艺参数对其固有频率的影响规律,数值分析管路系统简谐激励下进出阀门、法兰等关键位置的振动特性。结果表明:循环水管路系统各阶固有频率随固定支座间距的减小显著增大,且高阶固有频率增幅更为显著;循环水管路系统在滑油冷却器附近管路振动响应较为剧烈,应采用相应的减振降噪措施。     

基于AMESim-Simulink的船舶液压推进系统仿真研究

为理清油液体积弹性模量、管路长度和补油压力等参数对船舶液压推进系统动态特性的影响,运用AMESim软件建立了液压推进仿真模型,利用Simulink软件建立了螺旋桨负载模型,二者联合进行仿真分析。结果表明,相比于补油压力,油液体积弹性模量和管路长度对航速动态响应影响较大,但三者对航速的最终稳定值影响较小。因此,对于实际的船舶液压推进系统应尽量缩短管路长度,适当提高补油压力,并保证油液冷却良好。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型。管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的特性,并用边界元软件计算耦合结构远场辐射声功率。计算结果表明:充液管路各簇振动功率流分布与幅值随频率、管路支撑位置而变化,且管路系统输入功率流与耦合系统远场辐射声功率相关。研究结果可为管路系统从能量流角度进行振动控制提供参考。     

重要测度法在管路系统抗冲击中的应用研究

在系统分析重要测度法基本理论的基础上,应用ANSYS-APDL语言建立了某型艇动力装置主回路管路系统的参数化模型,利用MATLAB软件编制了应用重要测度法计算该模型的灵敏度程序,灵敏度分析计算结果表明,对本管路系统而言,弹性吊架的刚度、弹性支撑位置、管路壁厚三个因素对管路系统的冲击响应影响较大,利用重要测度法研究的结论...     

基于欧拉梁理论的管路纵向波功率流简化模型误差分析

为分析基于欧拉梁理论的管路纵向波功率流简化模型的误差,首先基于壳体理论推导了充液管路纵向波功率流的精确模型,该模型解析和表述了管路材料、几何参数以及管内液体流速等因素与功率流之间的关系,通过与基于欧拉梁理论的功率流简化模型的对比即可得到简化模型的误差。理论分析与仿真结果表明：在低频区,基于欧拉梁理论的纵向波功率流模型误差近似为一恒定的常数,该常数与厚径比以及管路的材质有关,而管路半径以及管内流速对简化模型误差的影响可以忽略。     

船舶在随机纵浪中参数激励横摇稳定性研究

船舶在纵浪中参数激励横摇运动的稳定性对船舶的航行安全性有着重要影响.文章研究了船舶在随机纵浪中的主共振响应及系统的稳定性问题.将随机参数激励项考虑为一窄带随机过程,建立了简化的船舶在随机纵浪中参数激励横摇线性模型,用多尺度法分离了系统的快速项,求出了系统的最大Lyapunov指数和稳态概率密度,由最大Lyapunov指数得到了系统零解稳定的条件.研究表明,船舶的阻尼、随机波浪的中心频率及带宽和随机参数激励幅值等对船舶在随机纵浪中参数激励横摇稳定性有影响.     

基于ANSYS的高精度管路系统抗冲击仿真方法及试验验证

针对船舶管路系统抗冲击性能仿真方法精度不足的问题,研究用于舰船管路系统的高精度抗冲击仿真方法。采用ANSYS有限元实体建模技术、冲击时域分析法对空间管路系统抗冲击性能进行研究,搭建管路系统抗冲击试验平台,对不同冲击载荷下管路系统的抗冲击性能进行试验验证,最后以舰艇典型管路系统为算例,研究三向冲击载荷作用下舰船管路的抗冲击性能。研究给出了基于接触单元、弹性约束、实体附件单元等高精确的管路建模技术,提出了船舶管路抗冲击时域仿真流程。研究表明,采用时域分析法和实体建模技术满足抗冲击仿真高精度的要求,舰船空间管路系统的横向抗冲击性能较差,法兰、直角弯管处、连接支管处等部位为管路系统薄弱结构。根据仿真结果,文章还提出了一系列用于工程实践的管路优化布置方法。     

腐蚀裂纹损伤下船舶管路抗冲击时变剩余强度研究

舰艇管路系统对冲击载荷作用非常敏感,遭受冲击载荷后通常会引起管路系统应力或变形过大而破坏,而裂纹和腐蚀作为常见的一种损伤缺陷导致结构承载力下降,降低管路系统的使用寿命.因此针对典型管路系统管路段,建立仿真精度较高的典型管路有限元模型,对典型管路系统管抗冲击性能进行分析;根据仿真分析结果,确定管路结构强度的薄弱节点或分段(称之为关键节点或关键结构)作为裂纹扩展的初始点.基于管路系统腐蚀和裂纹的发展规律和有限元计算方法,建立管路系统时变剩余强度预报模型,发展一种分别计及腐蚀、裂纹2种因素作用下,舰艇管路系统在三向冲击载荷作用下剩余强度的计算方法和实现流程.在此基础上,分别研究裂纹损伤、腐蚀损伤在不同服役年限下冲击载荷对舰艇管路时变剩余强度的影响规律.     

冰载荷下船舶螺旋桨强度的有限元分析

论文研究了冰载荷下船舶螺旋桨的强度问题。基于冰载荷经验公式和五种典型计算工况,利用有限元法进行了冰载荷下螺旋桨的强度分析。建立了一种冰/桨叶碰撞计算模型,对碰撞过程中接触力的变化及螺旋桨的动态响应进行了研究。计算结果可供螺旋桨结构设计时参考。     

基于CAD2AME的飞机液压系统流阻计算方法

飞机液压系统包含泵源系统、管路系统、附件和用户系统,飞机管路系统是飞机泵源和用户之间的纽带,液压管路流阻特性决定了用户系统入口的压力和流量,影响用户动静态响应性能,特别是对一些伺服作动系统。传统流阻特性计算方法主要针对稳态工况计算,难以实现动态响应计算,且对工作人员要求高、计算工作量大。随着全三维设计应用于飞机液压管路系统设计制造,为基于计算机的流阻特性仿真分析提供了可能。本文介绍和对比了三种计算方法,选取了较优的CAD2AME方法对某飞机局部液压管路系统流阻特性进行仿真分析,证明该方法可快速准确的对飞机液压管路进行分析。     

焊趾表面裂纹应力强度因子简化计算的比较研究

对接、T型接头与十字接头是船舶与海洋结构的典型结构形式,其大部分疲劳失效是由于焊趾引起的.各种表面裂纹的应力强度因子计算是船舶与海洋结构基于断裂力学安全评定和疲劳寿命预测的基础.Bowness等人提出了T型接头焊趾表面裂纹应力强度因子计算式,作者对其复杂的计算式进行了简化.BS7910针对对接、T型接头与十字接头提出了两套焊趾应力强度因子表达式,一是针对二维表面裂纹提出的,一是针对三维表面裂纹提出的.本文对作者给出的简化表达式以及BS7910的两套表达式进行了比较.结果表明作者给出的简化表达式不仅可以用来计算T型接头的焊趾表面裂纹应力强度因子,而且可以用来计算对接与十字接头焊趾表面裂纹的应力强度因子.同时发现在a/T＜0.05处三者的差别比较大,因此用有限元法进行了验证,结果证明作者给出的简化表达式比其他表达式更加合理.     

水管路系统低噪声配置研究

管路系统的水力功能和振动噪声性能相互影响皆为设计目标。舰船领域中冷却水管路系统长期开启,管路系统振动及船外辐射噪声受到关注。为实现船外辐射噪声的控制,有必要建立水力和声学的协调设计技术。文章以低噪声配置原则为管路系统设计指导,基于复杂水力管网计算方法进行管系合理配置,基于管系等效水梁及管系—船体声固耦合整体建模方法进行振动及船外辐射噪声计算评估,形成了水力与声学协调的管路系统低噪声配置技术流程。以典型冷却水管路系统为对象,初步测试验证了配置原则和计算方法。     

Experimental and theoretical studies on lateral buckling of submarine pipelines

Global buckling of a submarine pipeline during high pressure/high temperature (HP/HT) operation results in a loss of pipeline stability that is similar to a bar in compression; this phenomenon constitutes one of the key factors affecting pipeline integrity and design. To intuitively study the buckling response, a test system was designed that can account for thermal loading and pipe-soil interactions, and this system was used to perform a series of small-scale model tests on the lateral buckling of submarine pipelines with different initial imperfections. Based on the hat-shaped buckling profiles of the test pipelines, a new buckling mode called "hat-shaped buckling" was proposed. In an attempt to study the conditions under which the pipeline exhibits this hat-shaped buckling mode, the changing law of the buckling mode was investigated through finite element analyses of pipelines with different parameters, including the length of the pipeline and the amplitude and wavelength of the initial imperfection. Subsequently, an analytical solution for calculating the buckling amplitude of a pipeline with a hat-shaped buckling profile was proposed. The theoretical solution was compared to the experimental data, which verified the feasibility of the model in calculating pipeline buckling deformation. The experimental data, the buckling mode based on these data and the corresponding analytical model discussed herein may provide a reference for future experimental studies of pipeline buckling.     

变幅载荷作用下焊接接头疲劳寿命预测方法

船舶与海洋结构物在其服役过程中受到波浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤.检测结果表明船舶及海洋结构的疲劳热点部位大多数是在构件相互连接的焊缝焊趾处.因此,研究典型接头表面裂纹应力强度因子统一计算方法以及变幅载荷作用下表面裂纹扩展规律对船舶与海洋结构物的寿命预测是十分重要的.本文讨论了裂纹闭合及开口比的计算,在Newman有效应力强度因子计算方法的基础上,提出了考虑因素更全面的有效应力强度因子幅计算式以及变幅载荷作用下船舶与海洋结构物典型焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测模型.     

典型舱室结构内爆毁伤效应

为研究内爆载荷下的典型舱室结构毁伤效应,针对大型舰船的典型舱室结构,结合冲击波载荷的经验计算公式,采用一种简化算法对爆炸舱室板架整体损伤情况进行计算,并使用数值仿真方法进行验证。分析常规反舰导弹作用下的典型舱室结构毁伤模式。根据相关大尺度模型内爆试验结果,研究爆炸舱室板架失效模式,并用试验结果对简化算法再次验证。结果表明,该简化算法具备一定的可靠性和准确性。     

成球黏性土水力输送阻力特性计算方法

密实黏性土在管路水力输送过程中会形成球块状,成球黏性土水力输送计算是国内外疏浚界的难题。立足浆体输送理论,以大型绞吸式挖泥船施工数据为基础,对成球黏性土的管路输送阻力特性进行研究,分析已有各种土质浆体输送理论用于成球黏性土管路阻力特性计算可能产生的偏差,并根据分析结果对成球黏性土输送计算公式进行研究,进而提出可用于成球黏性土输送的计算公式,供工程界与理论界参考。     

爆破挤淤堤稳定性计算方法的适用性

针对软土地基爆破挤淤海堤整体稳定的问题,进行了稳定计算方法适用性的研究。基于瑞典圆弧滑动法和简化毕肖普法的计算公式及最危险滑动面搜索的基本原理,将两种计算方法应用于某工程爆破挤淤堤的稳定计算中,对比分析了两种计算方法得到的最危险滑动面形态和土条受力情况。结果表明:软土地基中采用爆破挤淤法筑堤,其稳定计算若采用瑞典圆弧滑动法计算,得到的安全系数偏小且误差较大;而采用简化毕肖普法计算,计算结果更接近土体实际受力情况。因此,软土地基爆破挤淤海堤整体稳定宜采用简化毕肖普法进行计算,为软基条件下爆破挤淤堤设计提供了重要的参考。