高能搁浅下双层底结构的损伤特性研究

船舶搁浅事故会引起船体破损、环境污染和人员伤亡等严重后果.研究船舶搁浅,不仅有利于海上生命安全、防止海洋污染,还可为船体结构的抗冲击设计及规范航运繁忙区域中船舶的航速、操作规程提供一定的依据.本文用数值仿真法研究了船舶高能搁浅中的内部力学问题,分析了典型双层底结构的损伤变形、受力和能量耗散等结果,提出了一种新式的抗搁浅YF双层底结构,并与原结构进行了比较.研究表明,损伤变形集中于结构与礁石相接触的区域,高能搁浅内部力学问题的研究可以主要考虑局部的船体结构;肋板的存在显著增加了船底结构的抗搁浅能力;高能搁浅过程中,由于垂直方向的接触力,礁石对双层底的垂向贯入量会略有减小;当纵桁远离搁浅区域时,它的吸能能力无法发挥,抗搁浅作用很弱;YF双层底结构比原结构具有更大的吸能能力和抗搁浅力.     

船舶双层底结构与台形礁石碰撞能量及搁浅阻力分析

提出一套基于双层底油轮搁浅于台型礁石场景下的结构损伤变形非线性机理模型和解析计算方法,并通过数值仿真计算验证该机理模型和解析方法的准确性。在整合双层底板材变形解析计算模型和加强筋变形解析计算模型的基础上,提出的结构变形机理模型能够同时考虑船底板材和加强筋的变形模态。以双层底油轮的一个舱段作为研究对象,使用数值仿真软件LS_DYNA在较大的撞深和礁石倾角变化范围内进行仿真计算,并进行比较。研究结果表明该解析计算模型的总变形能和平均水平搁浅阻力与数值结果吻合得较好,从而验证了机理模型和解析计算方法的可靠性。研究成果可以方便地应用到双层底船舶搁浅场景的结构性能快速预报,以及船舶耐撞性能结构设计中。     

船体背液板架碰撞损伤机理研究

为研究舱内液货对船体结构损伤机理的影响,利用数值仿真软件MSC.Dytran,计算出背液板架流固耦合力、碰撞力、损伤变形以及能量吸收等,并与背空板架进行了对比分析.结果表明,背液板架的损伤机理明显区别于背空板架,流固耦合力使得结构的变形模式发生了改变、碰撞力增加、极限撞深减小.     

撞击船艏刚度对船体结构碰撞性能影响

  目的  基于非线性有限元方法的船体结构碰撞数值仿真分析,其计算精度受到材料本构关系与失效定义、接触定义和单元网格尺寸等仿真控制参数的影响,且相关参数定义还需经过模型试验校准。为了充分模拟实船舷侧板架结构受到碰撞冲击时主要吸能构件的响应特点,使数值仿真模型试验校准充分有效,  方法  采用接近实船的结构构件尺寸和高强度低合金钢材料设计制造模型结构,开展舷侧板架结构落锤冲击试验。通过试验记录,分析在碰撞冲击载荷作用下结构损伤变形的机理和模式。在此基础上,对碰撞冲击后的舷侧板架结构损伤变形进行数值仿真分析,并对有限元仿真结果与模型试验结果进行对比。  结果  结果表明：数值仿真得到的板架结构损伤变形模式与模型试验结果较为一致,较好地模拟了外板的撕裂破坏、膜拉伸变形和骨材断裂以及失稳;冲击加速度曲线也与试验有较好的一致性。  结论  研究结果可为水面舰船结构碰撞仿真及解析计算方法提供验证依据。     

帽型加筋板在碰撞冲击载荷作用下的损伤变形机理

以帽型加筋板结构为研究对象,设计开展落锤碰撞冲击试验,分析其损伤变形情况.在此基础上,分析确定帽型加筋板结构在碰撞冲击载荷作用下的变形模式,进而推导得到瞬时结构抗力的解析计算公式,并与试验结果比较验证解析计算方法的合理性.该解析方法对帽型加筋板的碰撞性能设计及评估具有指导意义.     

船舶碰撞损伤风险分析方法及应用

提出一套基于概率分析和损伤机理的船舶碰撞损伤风险分析方法,该方法采用船舶碰撞外部动力学三维解析方法、内部动力学简化解析方法以及Monte Carlo模拟。通过分析船舶发生碰撞的概率因素,分析某艘船舶发生碰撞并且产生结构损伤的概率;通过与规范衡准进行比较,判断船体结构设计的耐撞性能。以某型大型油轮为例,利用所提出的方法进行耐撞性计算,结果表明该方法可以为基于风险分析的船舶耐撞性设计方法提供技术支持。     

舰艏结构的碰撞损伤性能研究

船舶碰撞事故往往会引起被撞船的船体结构严重损坏,并且威胁船上人员的生命安全.在船一船碰撞中被撞船的损伤程度取决于两个方面:一是舷侧结构的碰撞性能;二是撞击船艏结构的相对刚度.船舶的艏部结构刚度一般远远高于舷侧结构的刚度,在船舶碰撞研究时,通常将撞头理想化为刚体,不考虑其损伤变形和能量吸收,这样做实际上过于保守.本文针对舰船,主要研究舰艏结构的碰撞损伤特性,将撞击舰艏作为可变形结构进行数值仿真研究,得到了一些艏部变形的规律.     

船体壳板撞击破裂后撕裂特征试验和数值模拟研究

为了研究船体壳板撞击破裂后的撕裂特征,开展了变截面撞头准静态压载船体壳板的模型试验和数值模拟。试验记录了壳板变形、破裂和撕裂过程的损伤模式及其完整损伤过程的撞击力-撞深曲线。通过拉伸试验校核,提出了模拟壳板初始破裂和撕裂失效的数值模拟方法。试验和数值模拟结果的对比分析表明：所提数值模拟方法能准确模拟壳板的完整损伤过程;壳板撕裂失效是由裂纹尖端的拉伸作用引起的,且撕裂过程的撞击力与裂纹数目无关;壳板撕裂过程的弯曲和拉伸作用所吸收的能量较大。本文研究工作对船体结构的耐撞性准确评估具有一定指导作用。     

楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究

船舶遭受其他船船舶撞击会引起严重的后果,典型撞击船船首形式有球鼻首和楔形首,而目前对楔形首撞击下船体结构的耐撞性研究涉及较少。此外,双壳船体结构形式可提升船舶的碰撞安全性。因此,本文开展楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究。设计了双壳结构模型试件和楔形首撞头,开展了准静态压载试验。同时开展数值模拟,准确模拟了双壳结构完整损伤过程的撞击力-撞深曲线和最终破坏形式。研究结果表明:楔形首撞击下双壳结构外壳板和内壳板的损伤模式有区别;与内壳板相比,外壳板因撕裂作用能吸收更多的能量;外壳板与隔板间的耦合作用较小。本文研究成果可为船体双壳结构的耐撞性设计和评估提供技术支持。     

Plastic mechanism analysis of structural performances for stiffeners on bottom longitudinal web girders during a shoal grounding accident

A theoretical model is introduced in this paper for structural performance of stiffeners on double-bottom longitudinal girders in a shoal grounding accident. Major emphasis is placed on establishing the characteristic deformation mechanism of stiffeners and identifying major energy dissipation patterns. Numerical simulations using the LS-DYNA nonlinear finite-element program were carried out to examine thoroughly the progressive deformation process during sliding deformation. Stiffener deformations were observed to fall into two categories: stiffeners fully contacted with the indenter, and stiffeners subjected to indirect deformation due to energy transfer from attached girders. Grounding performance of stiffeners is substantially influenced by that of the attached plating, and therefore a review of the existing deformation models of longitudinal girders (i.e. Simonsen 1997, Midtun 2006 and Hong 2008) was included. Hong's model of bottom girders was found not capable of representing the effects of stiffeners, and a new model of girders was thus developed. Based on observation of the numerical deformation process and the new analytical girder model, a kinematically admissible model of stiffeners on bottom longitudinal girders was built. Using the methods of plastic mechanism analysis, simplified analytical expressions for energy dissipation by girder-attached stiffeners, both fully contacted and noncontacted, were formulated, and equations for grounding resistance were subsequently obtained. The theoretical expressions agree favorably with results from nonlinear finite-element simulations and capture two significant characteristics of the problem: that energy varies little with indentation for stiffeners that fully contacting the indenter, and that energy is independent of slope angle for indirectly deformed stiffeners. The proposed theoretical model helps to predict analytically shoal grounding performance of stiffeners on longitudinal girders with reasonable accuracy.     

Plastic deformation of ship plate subjected to repeated patch loads at different locations - Elastoplastic numerical analysis and design equation

Ship structures may be subjected to repeated random patch loads at different locations. Under these circumstances, ship plates will have large accumulated permanent deformations, which will result in some serious negative effects on their work and safety performance. Therefore, the elasto-plastic response of ship structure under repeated patch loads at different locations are studied by using finite element method. The permanent deformations of plate in the whole loading and unloading process are investigated. In addition, the residual stress and plastic strain states of the panel and stiffeners are studied based on a typical wheel-on-deck interaction scenario. Moreover, according to Hughes's hypothesis, the equivalent method between repeated patch loads at different locations and full uniform pressure load is studied. Considered the influence of plate slenderness, the improved formula for equivalent load coefficient is proposed, showing a good correlation with experimental data and numerical results. The proposed equivalent method can be used for estimating the permanent deformations of ship structures under repeated patch loads at different locations in ship life.     

Progressive collapse analysis of ship hull girders subjected to extreme cyclic bending

This paper introduces a novel analytical method to predict the buckling collapse behaviour of a ship hull girder subjected to several cycles of extreme load. This follows the general principles of the established simplified progressive collapse method with an extended capability to re-formulate the load-shortening curve of structural components to account for cyclic degradation. The method provides a framework for assessing residual hull girder strength following a complex series of unusually extreme load events where the wave induced bending moment rises close to, or even surpasses, the monotonic ultimate strength. These load events may be sequential, such as might be caused by a series of storm waves, or they may occur as a collection of discrete events occurring over a longer period. The extreme cyclic bending amplifies the distortion and residual stress initially induced by fabrication in the flanges of the girder, which results in a deterioration of the residual ultimate strength. Validation is firstly completed through a comparison with previously published experimental work and secondly via comparison with numerical simulation on four ship-type box girders using the nonlinear finite element method.     

潜空导弹垂直发射出筒适配器受载变形仿真研究

针对适配器方案发射的潜空导弹,建立导弹水下垂直发射横向动力学模型和出筒过程载荷计算方法并进行数值分析,研究潜空导弹垂直发射出筒过程中,航速、适配器刚度等发射条件对适配器的受载情况及压缩量的影响,对潜空导弹及其它战术导弹水下垂直发射以及适配器设计具有指导意义.     

水下爆炸冲击波作用下船体舱段变形试验研究

对舰船实尺度舱段在水下爆炸载荷作用下的船底板架变形进行了试验研究及理论分析。以舱段在水下爆炸的试验现象及结果为基础,通过平板模型求解药包在水下任意位置爆炸时舱段的刚体运动特性,以冲击波的入射能减去舱段刚体运动动能作为船底板架的弹塑性变形能,利用能量法,对船底板架应用薄板的大挠度弯曲理论进行局部变形求解。试验结果及理论分析表明:舱段模型在水下爆炸过程中会产生较大的刚体运动,船底外板变形区域主要集中在纵桁和实肋板交叉的板格内,理论求解的板格最大变形与试验结果较为一致。该文结果可对船体外板变形计算及局部强度考核提供数据及理论的参考。     

舰船甲板变形的理论研究

为了研究舰船甲板的变形,对其结构进行了简化,建立了舰船甲板受力的数学模型。分别在横向载荷、总纵弯矩及二者共同作用等3种情形下,对舰船甲板的变形特性进行了计算。计算结果表明,舰船甲板受力变形为mm级;在横向载荷作用下,舰首甲板变形最大;在总纵弯矩作用下,甲板的0.6~0.75间部位变形最大。     

爆破边载对斜拉桥结构动力响应分析

施工爆破往往对既有临近建筑物的影响很大。针对这种边载效应可能造成的危害,结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,基于圣维南原理,将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用。采用三维实体模型等效模拟计算分析东海大桥在远场爆破施工对既有桥体结构稳定性的影响,计算结构不同位置、不同工况的振动响应和不同距离的最大单响药量,在此基础上,分析桥梁结构受爆破边载影响的危险区域,提出不同距离的药量控制,可为类似工程提供借鉴。     

应用固有应变法计算焊接变形时材料模型的选择研究

分别采用理想弹塑性模型和双线性强化模型,推导出各自的固有应变计算公式,研究不同材料模型对于焊接结构变形的影响。研究结果表明,两种固有应变计算公式所预测的变形结果之间相对误差较小,即不同材料模型的选择对预测结构焊接变形的影响可以忽略。     

快速重载作用下长浮桥运动响应的模型试验研究

在快速重载作用下,柔性长浮桥可能会出现位移波堆积效应.为验证预测的正确性,对两种长浮桥模型(连续浮桥和分置式浮桥)进行了试验,在不同荷载重量下和不同速度作用下的位移响应利用六自由度运动测定仪进行了测量.试验结果表明:荷载重量越大、荷载速度越快,位移波的堆积效应越明显;荷载的速度对兴波的形状和波幅都有着直接的影响.位移波的堆积影响了荷载的运行速度,在快速重载的浮桥工程中,必须考虑位移波的堆积对运动荷载的影响.