一种新型深潜器耐压壳的非线性屈曲计算

纵环加筋圆柱形耐压壳作为一种新型的耐压壳结构,之前对它的屈曲研究大多是基于线弹性理论的屈曲模态和极限承载力计算。由于没有考虑几何和材料非线性,计算值同实验值相差较大,要结合实验对计算结果进行修正。本文将非线性屈曲问题转变为线性静力学问题求解,对纵环加筋圆柱形耐压壳进行了非线性屈曲计算。具体数值计算工作使用专业计算软件完成。非线性屈曲计算结果在屈曲模态上与实验吻合,说明采用的计算方法是合理的。本文对具有不同程度初始缺陷的耐压壳进行了数值计算,证实初始缺陷越大承载能力越低。文中的计算方法和结论可为深潜器耐压壳的设计提供参考。     

基于切片理论的波浪载荷直接计算

提出了波浪载荷直接计算方法。该方法基于线性切片理论,在频域范围内进行。通过水动力分析得出波浪载荷的响应幅值算子,采用统计方法对波浪载荷进行长期预报,并将线性波浪载荷预报结果进行非线性修正,以模拟实际波浪载荷的非线性效应。最后以某一船型为例,结合IACS推荐的波浪谱和波浪散布图以及超越概率,采用该方法进行了计算并将计算结果与规范值进行了比较。     

考虑实测初挠度、厚度和残余应力等缺陷的耐压球壳极限承载力分析

由于其优良的承压性能,球壳常被用作深海设备的耐压结构,而耐压球壳极限承载力计算是球壳结构设计过程中的重要环节。文章在非线性屈曲分析有限元法的基础上,提出了考虑实测初挠度、厚度和残余应力的极限承载力计算方法,并加工了直径1 000 mm的耐压球壳进行了试验验证。结果表明:经过冲压、焊接等工艺制造的球壳具有明显的初始缺陷,计算过程中必须考虑极限承载力;残余应力中影响极限承载力的主要因素是压应力成分;基于实测数据的非线性屈曲分析方法计算结果与试验值接近,且能够粗略预报结构破坏位置,具备一定的适用性。     

开孔简支板格的剪切屈曲分析

目前CSR规范尚未对开孔较大的简支板格的剪切屈曲进行规定。针对这一点,采用结构非线性有限元数值分析方法,进行了一系列开孔简支板格的弹性剪切屈曲和塑性剪切屈曲的剪切极限承栽力计算分析,以尝试得出上述的屈曲能力,为规范的修订奠定基础。     

C型独立液舱支承结构接触载荷计算方法

为准确地考察、分析液化气船C型独立液舱支承结构区域的载荷传递及应力分布,根据最新的《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》及船级社规范的要求,采用支承区域非线性接触分析方法,选取37500m3乙烷运输船作为研究对象,建立液舱有限元模型,对独立液舱的支承区域进行非线性接触分析,并将该方法与基于杆单元模拟的线性静态分析方法进行对比,获取C型独立液舱结构与层压木的受力特征。计算结果表明,采用非线性接触分析方法所得结果的精度更高。     

特征载荷下海工管状结构屈曲临界载荷分析

圆柱形管状结构在海洋工程领域中应用较多,在进行结构设计时,需重点关注其侧向受载时的屈曲强度问题。通过理论分析和数值模拟,对比研究径向线性载荷变化下圆柱壳的屈曲行为,以经典的Donnell壳体理论为基础,得到圆柱壳的屈曲控制方程,并通过本征值分析方法得到结构屈曲的临界条件。采用有限元软件ABAQUS对线性变化径压下圆柱壳的屈曲进行数值仿真。分析得出径厚比是径向线性分布载荷下圆柱壳屈曲临界载荷的主要影响因素,三角形径压下屈曲临界载荷值约为均布径压下屈曲临界载荷值的2倍。     

钢结构梁元稳定问题的新解法及应用

钢结构稳定问题的有限元解法多数是考虑结构的极限承载力，而对结构的分支稳定问题则较少涉及。本文试图从特征值问题出发，采用有限元法考虑钢结构梁单元的线性分支稳定问题，并用于计算结构的屈曲模态和屈曲荷载以及构件的计算长度。     

加筋旋转薄壳的非线性屈曲分析

本文基于能量准则求解均布外压下加筋旋转薄壳的非线性屈曲问题,采用半解析半离散的方法导出了壳体的非线性屈曲方程和计算格式,其中物理非线性采用塑性形变理论和Mises屈服准则。考虑到壳体沿经线方向进入塑性的程度不同,采用经向分段的方法对壳体进行离散,使导出的方法具有有限元法的优点。数值分析和试验结果表明,所导出的方法具有较好的精度,计算过程也比较简单方便。     

船舶复合材料加筋板屈曲和后屈曲行为研究

基于数值方法和有限元计算对船用复合材料加筋板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,探究危险载荷工况下加筋板的屈曲模态、临界屈曲载荷和后屈曲极限承载能力。考虑复合材料加筋板的基体失效、剪切失效和纤维失效,采用Hashin失效准则和动力显式分析方法进行非线性屈曲分析。分析结果表明:临界屈曲载荷、屈曲/后屈曲行为以及极限承载能力等与试验结果吻合较好,复合材料加筋板的极限承载能力约为临界屈曲载荷的5.4倍。通过参数化研究,分析了铺层角度、厚度以及加筋板间距对船舶复合材料加筋板屈曲和后屈曲行为的影响程度,为复合材料船体结构的力学行为评估、设计应用等提供一种有效参考。     

考虑初始缺陷的结构非线性屈曲分析与应用

在船舶结构领域,考虑初始缺陷的非线性结构分析已越来越受到重视,并逐渐引向工程实际应用。在国际船级社协会的共同结构规范(IACS-CSR)和国际海事组织的目标型标准(IMO-GBS)的有关技术文件中,均明确规定了非线性屈曲失效模式中应考虑初始缺陷因素。作者以著名的高级非线性分析软件MSC/Marc为计算分析手段,对初始缺陷结构非线性屈曲分析方法中主要因素影响的敏感性进行了研究,其中涉及深入的探索工作,并提出该类分析工作的规范性准则。     

规则波中船舶非线性波浪弯矩的时域计算

本文提出了一种预报船舶在迎浪规则波中升沉和耦合运动以及垂向弯矩的非线性响应的方法。本方法的实质是线性切片理论的延伸与推广,它在原切片理论的载荷公式中加入了非线性的浮力项、非线性的流体动量力及阻尼力项。在时域中求解耦合运动方程组,在此基础上分别求解将船体视为刚体和弹性梁的垂向弯矩。此非线性理论计算值与线性理论计算值及模型试验结果作了比较,非线性计算模拟与模型试验结果一般可达到良好的一致性。在船舶总纵强度研究有特定价值的波长范围内,本方法能有效地用来预报垂向弯矩,     

基于二阶Stokes波理论的随机波浪力谱表示法研究

目前,采用随机性分析方法计算不规则波对海洋结构物作用时一般均采用Airy波理论,并未考虑波浪非线性的影响。本文基于二阶Stokes非线性波浪理论探讨了采用非线性波浪理论时随机波浪力谱的计算方法,并用一典型算例,对本文公式的计算结果与线性波理论的计算结果进行比较。计算结果表明,在水深较深时不能忽略波浪非线性的影响。     

基于NL法的水平受荷桩非线性有限元分析

NL法是在总结国内外多种计算方法的基础上，依据大量桩基水平静载荷实测资料提出的一种新的桩基水平承载力非线性计算方法，并被港工桩基规范列为主要计算方法。但由于非线性计算的复杂性，因而限制了该方法的推广应用。通过将NL法与有限元法相结合，探讨了水平承载桩非线性受力特性分析的简捷、精确方法。该方法引入非线性弹簧模拟桩间土对桩单元的水平抗力，建立了基于NL法的桩土相互作用的接触非线性有限元模型。实例分析表明：计算结果与实测结果及规范中结果具有良好的一致性，可用来分析相似原理不能计算的问题，便于工程设计应用。     

基于材料非线性海上风力发电机塔架屈曲分析

塔架结构是海上风力发电机组的支撑结构,其设计水平直接影响设备的安全性和经济性。风力发电机组塔架高度多在90 m～110 m,作为典型的细长薄壳圆柱结构,屈曲稳定性为塔架设计的主要限制条件。通过有限元数值模拟LBA/MNA分析方法,对海上风力发电机组塔架设备临界屈曲载荷进行计算和分析。通过与EN1993-1-6中基于薄膜应力理论的传统工程算法对比表明：由于塔架的材料非线性特性存在,基于有限元的数值模拟屈曲分析方法结果比传统的工程算法更接近于实际情况,且经济性较优,可为塔架结构的屈曲优化提供方向。     

深水导管架桩腿制造误差与抗屈曲特性研究

文章通过典型算例详细阐述了具有制造误差的深水导管架桩腿屈曲分析方法,将线性扰动加载的特征值届曲预测算法和描述几何非线性屈曲过程的改进的Riks算法应用于导管架桩腿的详细设计校核,对比研究了模态扰动模拟制造误差和直接模拟制造误差模型的分析结果,并对典型桩腿结构在静水外压下的弹塑性屈曲响应特性进行了研究.分析结果表明,随着制造误差的增加,导管架桩腿抗静外压的临界屈曲载荷在下降,而且制造误差大的桩腿的极限承载能力较低.     

西班牙Rom规范与中国JTS规范桩基承载力设计方法对比

针对西班牙Rom规范与中国JTS规范中桩基承载力设计方法的异同,对西班牙Rom规范中单桩承载力设计方法以及各自的适用范围进行总结,从两本规范的单桩轴向抗压承载力、单桩轴向抗拔承载力等方面进行对比分析。结合工程实例,分别依据西班牙Rom规范和中国JTS规范对单桩轴向抗压承载力、单桩轴向抗拔承载力进行计算和对比。结果表明,中国JTS规范计算的允许抗压承载力设计值比西班牙Rom规范偏小,而允许抗拔承载力设计值比西班牙Rom规范偏大。     

客滚船压筋板极限承载力数值计算及敏感性分析

针对新型客滚船上采用的槽型压筋板，利用非线性有限元软件ABAQUS中的risk算法对设置初始压制缺陷的槽型压筋板模型进行受压极限承载力计算。计算发现槽型压筋板中部与焊接扁钢的板边部分所受压屈曲极限承载力不同，因此将槽型压筋板分成2个部分进行研究。通过计算并利用MATLAB对数据回归分析后发现：对于槽型压筋板中间部分，随着槽型间距和压筋板长度的增加，线性屈曲压力减小，受压极限承载力减小，破坏时的最大挠度增加；随着厚度增加，线性屈曲压力和受压极限承载力增加较少，破坏时的最大挠度降低。针对槽型压筋板焊接扁钢的板边部分，缩短板边扁钢与旁边槽型的间距及提高焊接扁钢的腹板厚度均能提高压筋板板边的极限承载压力。设计中可通过在压筋板边焊接扁钢且增加扁钢尺寸或以焊接制造的方式增加槽型高度减小槽型间距，以提高压筋板的极限承载力。     

轴压柱形壳非线性屈曲试验与理论研究

本文研究了轴压不锈钢柱形壳的非线性屈曲行为.通过轴向压缩试验,获得柱壳的载荷位移曲线、失稳载荷、最终失稳模式;在此基础上,采用弧长法对试验壳体进行非线性屈曲计算,分析平衡曲线、临界载荷、临界屈曲和后屈曲模式等非线性屈曲行为,并与试验结果作对比研究.结果表明:在柱形壳受轴压而发生弹塑性屈曲时,端部长度缺陷会在轴压初期降低柱形壳的承载力从而影响临界屈曲载荷,且高度越小时,柱形壳越容易在两端发生形变.但是总体来看,发生塑性屈曲时,端部长度缺陷对临界载荷影响很小.     

有初始缺陷的球端盖壳的非轴对称弹塑性屈曲及其可靠性分析

球壳在均匀外压下失稳后对初始缺陷非常敏感。为了处理不可避免的随机初挠度,本文提出一种新的分析方法,该方法可以用于考虑初始缺陷和其它一切随机变量影响的可靠性分析。首先用结合中心有限差分的动力松弛法对有缺陷双曲簿壳进行了非轴对称弹塑性屈曲强度数值求解,在详细讨论收敛性的基础上,对临界初始变形形状和初挠度所在的最危险位置进行了系列参数分析,把结果回归成以柔度系数和初挠度幅值为参数的屈曲强度表达式。按试验数据校准抗破坏能力公式,最后用改进的第二类可靠性分析方法进行了计算,並与各国规范和标准作了比较,为从可靠性角度合理设计这类结构和制订育关规范提供了理论依据和有效的实用方法。本文提出的计算步骤将非线性分析、试验结果和可靠性分析连在一起,使分析方法更合理有效,它可推广到其他类似问题的研究中去。     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.