大直径圆柱上的二阶波浪力

三维物体的非线性波浪绕射问题已有不少研究,但即使是对于单根垂直固置于水底且伸出水面的大直径圆柱这样简单的结构物,二阶绕射势与相应的二阶力的严密求解仍存在不少值得进一步探讨之处。本文在分析二阶绕射势产生机理的基础上,提出了二阶绕射势的解析解,从而得到了作用于大直径圆柱上二阶波浪力的协调表达。应用本方法对水平二阶波浪力的数值计算结果与实验结果吻合良好。     

环肋圆柱壳应力计算的新方法探索

基于对目前环肋圆柱壳应力计算方法缺陷的认识,文中引入了加强棱柱壳体法,推导出环肋圆柱壳静力微分方程,通过将位移以傅立叶级数的形式展开,求出了环肋圆柱壳的位移解,进而得到环肋圆柱壳的应力解。通过算例计算表明,除环肋圆柱壳内表面纵向应力和肋骨周向应力外,用该方法的计算结果与传统方法的计算结果和有限元法结果都相接近,并且纵向应力与周向应力由外到里的变化规律与传统方法也相同。     

船舶结构T型接头焊接变形数值模拟研究

基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,建立了某集装箱船T型焊接接头的热-弹塑性有限元模型。通过顺序耦合的计算方式,对接头的焊接温度场、焊接残余应力及变形进行了数值模拟。最后将数值模拟结果与试验结果进行比较。研究结果表明：数值模拟计算得到的T型接头横向位移和纵向位移与试验结果相符合,所建立的数值模拟模型较准确地预报了T型接头的焊接变形情况。     

港珠澳大桥沉管隧道最终接头吊装解析

港珠澳大桥沉管隧道最终接头重量超过6 000 t,采用12 000 t浮吊安装,是国内最大的一次吊装作业。其安装作业的一个关键问题是了解最终接头进入龙口后沿隧道轴向的运动幅度,进而判断碰撞的可能性。基于对工程海况、施工工艺方案的认知,通过单摆公式与船舶动力学公式的结合,推导了吊装过程最终接头的动位移幅值的理论解。计算结果与实际作业观测结果较符合。     

大直径圆柱壳结构与土体相互作用的一种耦合数值模拟方法

对于大直径圆柱壳结构及其土体分别采用壳单元和沿深度分层施加的三维空间弹簧单元进行模拟,推演了一种耦合数值分析方法,综合考虑了土体特性、土体深度及变形情况等因素。采用壳单元和弹簧单元的耦合数值处理可以有效地模拟大直径圆柱壳结构与土体之间的非线性相互作用机制。通过对实际工程的计算,所得到的圆柱壳结构在荷载作用下的受力状态以及位移与变形分布情况等结果均较为理想。     

半无限流域中T型接头结构声传递研究

文章基于流固耦合的声弹性理论,针对水面舰船双层底结构,研究了一类与流体接触的T型接头结构声传递问题.为实现数学处理,文中首次将T型接头流固耦合问题的半无限空间扩展成虚拟的全无限空间,应用Fourier变换的方法得出高精度的解析结果.理论计算结果符合T型接头结构声传递的一般规律.     

一种含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射计算方法

为解决含内部结构的水下圆柱壳振动声辐射快速预报问题,提出一种解析-数值混合方法.将整个结构分为水下圆柱壳和内部结构两部分,采用轴对称边界元法得到圆柱壳表面声阻抗,结合Flügge壳体理论,建立水下圆柱壳的数理模型;采用有限元法建立内部结构的动力学模型.根据圆柱壳与内部结构接触点的位移协调和内力平衡条件,建立整个结构的动力学方程,求解方程得到壳体表面振动速度,再采用边界元法得到声场中任意一点的辐射声压.通过与数值软件计算结果对比,验证了本文方法的正确性.本文方法在改变内部结构进行多方案对比分析时具有显著的计算速度优势.     

港珠澳大桥接头吊装下沉过程的多体动力学分析

为了求解港珠澳大桥沉管隧道最终接头在安装过程中的运动位移,首先,利用ANSYS-AQWA软件建立了接头安装过程的系统水动力模型,得到了不同有义波高和波向下浮吊船的运动响应.然后,基于Kane方法建立了浮吊系统的多体动力学模型,通过编写相应的计算程序,并将浮吊船的运动作为系统的输入,计算得到了不同工况下接头的运动轨迹.计算结果表明:接头在空中和水中的运动位移幅值差别很小;接头的位移幅值随着波浪有义波高的增大而增大;相对于其他波向,波向为0度时,接头的运动位移最大.该理论计算方法及相关结论可以为港珠澳大桥最终接头的安装提供参考.     

两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解

文章基于经典弹性板壳理论,通过解析方法导出两端圆板封闭圆柱壳自由振动的求解方程和边界条件。圆柱壳与两端圆板的连接条件由连接处的变形连续性和内力平衡关系得出。应用三角函数和Bessel函数构造该组合壳体的模态振型,对决定任意边界条件圆柱壳模态振型的八次方程的根进行了详细讨论。在MATLAB中编写固有频率的搜索程序,给出了两端圆板封闭圆柱壳自由振动的半解析解。半解析方法得到的固有频率和振型的数值结果与有限元方法计算的结果作了比较,两者几乎完全一致。该半解析方法不存在高频处理难的问题,并且计算速度远远高于有限元方法。     

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.     

基于Abaqus的舷间充水双层壳体水下声辐射计算方法验证

利用双层弹性球壳及加肋圆柱壳的算例验证Abaqus软件对带有舷间水体的水下结构声辐射计算方法。用Python语言编制了球形场点的辐射声功率计算程序,对结构振动加速度、场点声压和辐射声功率进行了比较。计算结果表明,双层球壳的场点声压与辐射声功率的解析解与Abaqus软件的计算结果吻合较好;双层加肋圆柱壳的Abaqus软件的计算结果与三维水弹性声辐射计算方法的结果存在一定的峰值频率偏移,但计算反映的趋势及曲线峰值吻合较好。在经过验证后,该方法可用于水下带舷间水体的复杂结构的声辐射评估。     

基于荷载传递法的锚杆锚固段荷载变形分析

基于对荷栽传递法的认识,首先推导了锚固段的荷载传递基本微分方程;在此基础上,结合Kelvin问题的位移解,得到锚固段的应力分布的解析表达式,认为锚杆体的直径、外荷栽及锚杆体弹性模量与岩体剪切模量的比值等因素影响着锚固段的应力水平.计算结果袁明:锚杆体直径增加到一定程度会使锚杆所受的最大剪应力快速增加;在较高的初始力条件下,锚固段前端应力集中现象明显;较小的锚杆体弹性模量与岩体剪切模量比值有利于锚固段应力的均匀分布.     

圆柱壳在径向冲击载荷作用下的动力响应

利用Hamilton原理得出轴向压力和径向冲击载荷作用下圆柱壳位移的运动微分方程,推导方程的解析解。通过数值计算,分析圆柱壳的位移随时间变化曲线,位移的幅频曲线以及应变随时间变化曲线和幅频曲线。数值计算结果表明,圆柱壳的径向和轴向位移要远大于周向位移;简谐激励频率为285 Hz,1 060 Hz,1 152 Hz,2 444 Hz,2 640 Hz,2 763 Hz,4 074 Hz时,径向位移幅值取值最大;简谐激励频率为285 Hz时轴向位移幅值取值最大;简谐激励频率为4 074 Hz时轴向应变幅值取得最大值;简谐激励频率为5 586 Hz,5 762 Hz,6 285 Hz时,周向应变幅值取值最大。     

环加强T型管柱接头应力分析

本文运用有限元方法对海洋石油钻井平台中采用内圆环加强的 T 型管柱接头进行了系列计算和分析。研究了各种载荷工况下不同加强形式的内圆环对降低热点应力的效果和规律,并提出了以加强圆环、主管壳板及支管壳板三者之间的相对刚度系数 K 为参数的计算单圆环加强的 T 型管柱接头热点应力集中系数的方法。     

用白光散班法测量T型管状接头的焊缝应变

本文介绍采用白光散班法进行 T 型管状接头焊缝区域的应变测量。为解决白光散班景深小、刚体位移淹没变形位移等问题,采用了双角度光路、夹层散班等实验技术,推导了模型表面散班位移和像面散班位移之间的空间几何关系。实验结果与计算结果作了比较。     

板板焊接构件应力强度因子的工程化方法研究

针对承受拉弯载荷作用焊趾处含有表面裂纹的T型焊接接头,提出了一种根据裂纹最大张口位移量确定裂纹最大深度处应力强度因子的新方法。基于有限元数值计算,考虑了模型尺寸效应、焊接尺寸、裂纹深度比、裂纹形状比等因素对应力强度因子的影响,建立了拉伸、弯曲载荷对应的修正系数表达式,提出了基于裂纹表面最大张口位移确定T型焊接接头裂纹深度方向的应力强度因子的简便方法。以十字形板板焊接接头为例,显示该方法适用于任意形式的板板焊接接头。     

缝隙辐射源近远场转换的园柱面等效磁流法

介绍利用圆柱面上的等效磁流源进行缝隙辐射源近场到近场与远场的转换.利用辐射源近场的模拟测量数据确定假设的圆柱面上的等效磁流源,进而推算出其近场和远场辐射特性.采用圆柱面比采用平面更易于工程实现.给出了关于测量近场和等效源之间关系的电场积分方程,并通过矩量法将积分方程转化为矩阵方程.使用奇异值分解法求解矩阵方程的最小二乘解.给出了单个缝隙天线以及缝隙阵列的近场和远场计算结果,与解析公式的计算结果相吻合,从而证明了所提出的方法的正确性.     

无限长圆柱屏蔽腔内部磁场的模拟与仿真

采用变分有限元法与软件Ansoft12.0分析研究无限长圆柱屏蔽腔的内部磁场。通过实例,给出变分有限元法的一般解算流程及针对实例的仿真结果。将仿真结果与解析精确解进行对比分析。结果表明,应用有限元法得到的数值解能与解析解基本吻合,对进一步分析不同形状屏蔽腔的内部磁场特性具有参考意义。     

纵骨式双层圆柱壳结构应力计算的级数方法

对纵骨式双层圆柱壳结构应力计算方法进行了研究，在双层同心纵向加强圆柱壳假设下，建立了力学模型，利用扁壳理论以及应力函数方法建立了平衡方程，并利用梁振型函数的级数展开作为位移和应力函数的待定解，求解出内，外壳板典型部位应力，本方法计算结果与有限元计算值比较吻合，与试验测量值也吻合较好。     

不等直径并列双圆柱绕流数值模拟研究

不等直径的多圆柱系统广泛应用于海洋工程中,为研究不等直径双圆柱之间的互扰效应。本文基于CFD方法,对不同间距比下的二维不等直径双圆柱进行了数值模拟。研究结果表明:当T/D≤3.0时,双圆柱尾流涡相互融合,互扰效应造成斯特劳哈尔数偏低,升力系数幅值随时间变化不稳定;当T/D 3.0时,两圆柱互扰较弱,圆柱水动力系数与单圆柱结果相差不大;T/D≈3.0可认为是临界间距比。本文成果有助于多圆柱流动控制技术研究。