大范围变速运动时变冲击面载荷作用下板架结构冲击响应分析

针对板架结构上的大范围变速运动时变载荷冲击作用问题进行研究,运用微小时段内冲量等效的原理,推导出将大范围变速运动时变载荷转化成若干个"载荷经过小区域"上的非移动载荷的计算公式,给出了载荷等效的误差估计与控制公式,在此基础上进一步提出了对板架结构进行冲击响应分析的有限元建模方法.基于该方法,计算了一个冲击载荷在1.68内移动32m的板架结构冲击响应问题.发现:受"大范围变速运动载荷"作用结构的响应,在时间域上可分为3区域:载荷到达前的响应、载荷经过时响应、载荷经过后响应.3时段响应中,以载荷经过时响应为最大,但历时最短.     

钛合金导流罩结构抗冲击计算

导流罩结构作为舰艇结构重要的首部结构形式,其在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能不容忽视。为研究导流罩结构的抗冲击性能,以某船钛合金导流罩结构为研究对象,应用大型有限元计算软件ABAQUS,建立有限元模型,采用声固耦合法进行水下爆炸数值仿真计算。通过模拟导流罩结构在船上的安装边界条件,设定水下非接触爆炸冲击工况,计算得到了导流罩结构在爆炸冲击载荷作用下的等效塑性应变、位移、加速度等动态响应,并给出了基阵安装位置的频率特性和冲击环境。研究表明,导流罩底部外板为导流罩结构的危险区域,导流罩基阵安装位置处的响应以中低频段为主。     

冰载荷空间分布对舷侧结构响应的影响

极区船舶与浮冰发生碰撞时,冰载荷压力并不均匀,主要分布于结构与浮冰接触的中心区域,这与冰区加强区域结构设计和强度校核采用均布压力作为设计载荷并不一致.参考真实压力分布,以实测压力分布形式离散模拟冰载荷,形成考虑空间分布的冰载荷加载方法.建立舷侧结构有限元模型,分别以均布和考虑空间分布的离散方式将基于能量法计算所得冰载荷作用于舷侧,同时考虑不同浮冰形状和作用位置对空间分布的影响.结果 表明,冰载荷的空间分布对结构响应结果的影响较大,其中浮冰形状为楔形,且作用位置为板格中心的加载工况最为显著.研究过程与结论可为极区船舶设计考虑船冰相互作用时的冰载荷加载方式提供参考.     

基于晃荡载荷的液舱结构强度研究

通过液舱晃荡载荷的数值模拟与模型试验对比分析,验证数值模拟方法适用于目标船液舱晃荡载荷的计算。基于晃荡载荷数值计算结果,采用2种方法对晃荡冲击载荷简化处理,对目标船液舱进行动力响应分析,并与规范晃荡载荷下液舱结构响应对比分析,得到液舱结构在晃荡冲击载荷作用下的响应和结构强度评估的工程分析方法,为目标船液舱结构设计提供依据。     

带限位器的隔振系统抗冲击性能分析

在舰艇设备中,通常采用隔振系统来吸收冲击所带来的能量,为了使设备在受到冲击载荷时不发生过大变形,隔振系统常带有限位器。以单自由度单层隔振系统为研究对象,借助于ANSYS软件建立该系统的有限元模型,参考德国联邦国防军舰船建造规范BV 0430/1985标准确定隔振系统的等效冲击载荷谱,并将等效的双半正弦波加速度冲击载荷加载到有限元模型中,应用有限元分析方法分别对有、无限位器的隔振系统在冲击载荷作用下的时域响应特性进行数值仿真计算,计算得出隔振系统在冲击载荷作用下的相对位移和绝对加速度时域响应曲线,进一步分析得出使用限位器可以提高舰艇设备抗冲击性能的结论,可用于提高舰艇设备的可靠性设计。     

一种基于板架模型的三体船连接桥结构瞬态砰击响应的分析方法

三体船连接桥的砰击问题一直是水动力领域的难点问题.为有效减少砰击载荷作用下动态响应峰值的计算量,本文基于板架模型,提出一种借助等效静力系数的三体船连接桥结构的砰击响应分析方法.首先,通过对三维板架结构进行入水砰击的结构瞬态响应分析,将直接积分法和模态叠加法两种方法进行比较分析,选取更合适的方法进行动力响应计算;其次,通过改变计算参数,分析了边界条件和时间效应对板架应力峰值和等效静力系数的影响;最后,与三体船分段模型的计算结果进行对比,验证了借助简化模型得到等效静力系数法的可行性.本文的计算结果及相关结论能够为后续准确分析连接桥局部结构的砰击响应、合理关注连接桥的高应力位置及屈服强度的评估提供参考.     

海上旅游平台大跨度网壳结构强度分析

海上旅游平台大跨度网壳结构作为新型结构,目前还没有成熟的设计和强度分析方法。本文以网壳结构立柱间的相对位移为波浪载荷控制参数,基于设计波法和三维水弹性理论计算波浪载荷;以百年一遇的风速作为风载工况,采用k-ε湍流模型模拟风场计算风载荷,利用面元积分法计算网壳结构等效节点载荷,建立大跨度网壳结构外载荷计算方法。在此基础上,以“海洋之心”旅游平台为算例,开展了网壳结构响应分析,获得了风载荷、波浪载荷及风浪联合作用下的网壳结构响应,对比分析了风载荷和波浪载荷对网壳结构响应的影响。     

边界尺寸对爆炸冲击载荷作用下薄板响应影响仿真研究

舰船舱室在遭遇反舰武器攻击时会受到高强度冲击波载荷对舷侧板的毁伤作用。对不同边界尺寸下的薄板在爆炸冲击载荷作用下的挠度变化的时间历程响应进行理论分析和数值模拟。根据板的弹塑性变形理论,通过能量法建立修正后的薄板在爆炸冲击载荷作用过程中的动态响应方程,并通过数值模拟建模仿真计算与理论计算值及试验值对比,验证在不同边界尺寸下该理论计算方法有较好的可靠性及精确度。     

砰击载荷作用下气垫船船底结构瞬态响应分析

采用有限元计算软件MSC.Patran对某气垫船首部船底结构进行瞬态响应分析,对加筋板悬挂式结构及常规切口式船底结构分别建立有限元模型,计算2种船底结构在受波浪砰击载荷下的瞬态响应特征,从其局部强度和局部振动特性对比分析得到抗砰击效果较好的气垫船船底结构,为该型艇的结构设计提供参考。     

舰船设备冲击响应计算方法等效性研究

DDAM法和时域模拟法是舰船设备抗冲击性能设计与评估的主要计算方法,两种方法冲击输入载荷条件的等效性和预报结果的等效性直接影响其适用范围.对舰用设备在水下爆炸作用下的冲击环境描述的系统分析,提出了频域计算方法和时域计算方法所要求冲击输入载荷的等效条件.利用算例比较了等效冲击输入下舰用设备冲击响应计算结果的差异,通过定量分析明确了不同计算方法在舰船设备抗冲击性能分析中的适用阶段和范围,为舰船设备抗冲击设计和评估提供参考.     

Equivalent design pressure for ship plates subjected to moving slamming impact loads

When a ship navigates at sea, the slamming impact can generate significant load pulses which move up along the hull plating. The effect of the moving pressure has so far not been explicitly considered in the Rules and Regulations for the Classification of Ships. Based on a modal superposition method and the Lagrange equation, this paper derives analytical solutions to study the elastic dynamic responses of fully clamped rectangular plates under moving pressure impact loads. The spatial variation of the moving slamming impact pressure is simplified to three types of impact loads, i.e. a rectangular pulse, a linearly decaying pulse and an exponentially decaying pulse. The dynamic responses of fully clamped rectangular plates under the moving slamming impact pressure are calculated in order to investigate the influence of the load pulse shapes and moving speed on the plate structural behaviour. It is found that the structural response of the plate increases with the increase of the moving speed. The response of the plate subjected to a moving pressure impact load is smaller than the case when the plate is subjected to a spatially uniform distributed impact load with the same load amplitude and load duration. In order to quantify the effect of the moving speed on the dynamic load, a Dynamic Moving Load Coefficient (DMLC) is introduced as the ratio between the dynamic load factor for the moving impact load and that under the spatially uniform distributed impact load. An expression for DMLC is proposed based on analyses of various scenarios using the developed analytical model. Finally an empirical formula which transforms the moving impact loads to an equivalent static load is proposed.     

海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究

支撑结构设计是大型海上风电机组设计的重要部分。文章分析了海上风电机组的各种环境载荷,并以3MW风力机组为例计算其所受环境载荷,包括作用在支撑结构顶端的由风机叶轮转动引起的水平轴向力、作用在塔筒上的风载荷以及作用在基础上的海流、海浪载荷,并采用非线性弹簧来模拟基础与海底土层之间的相互作用。在考虑风轮影响情况下,利用有限元法对支撑结构进行了模态分析。最后,分析了环境载荷作用下支撑结构的动态响应。计算结果表明,在对海上风力发电机组进行动态响应计算时,环境载荷之间的相互耦合作用不能忽略。     

预应力等效荷载计算方法研究

预应力混凝土桥梁设计中将预应力作用转换为等效荷载的方式在桥梁结构分析中应用越来越广。根据作用力与反作用力的原理,推导了预应力等效荷载的计算公式及方法,该方法具有计算效率高的优点,适用于有限元编程电算,可用于空间预应力效应的计算,并附有算例。     

典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性

[目的]为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟。[方法]主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作用下的毁伤特性,并分析上述载荷作用下加筋板的变形特点。[结果]结果表明:当作用在加筋板上的冲量相等、载荷作用时间小于0.05倍垂向一阶自振周期时,加筋板的最终挠度值处于最大值附近;当载荷峰值相同时,存在饱和冲量值,达到饱和冲量值以后,载荷作用时间不再影响加筋板的最终变形。[结论]在舱内爆炸载荷作用下,加筋板的最终变形不是2种载荷作用下的简单叠加,2种载荷的联合作用会增强毁伤效果。     

预测船体分段焊接变形方法概述

船体分段在焊接过程中产生的焊接变形会使船体结构强度降低,精确预测和控制焊接变形是现代造船工艺的要求.焊接变形分析方法包括实验法、解析法、数值分析法、等效载荷法等,常用的是后两种方法.数值分析法采用热弹-塑性有限元模型精确模拟焊接现象,但计算工作量大;等效载荷法计算焊接区域的固有应变,并将其转化为等效载荷,进而应用弹性有限元分析求得整个结构的焊接变形.     

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.     

在役码头桩基承载力静载试验

传统在役码头的桩基承载力检测需拆除上部结构,使得检测工作量大且工期较长。以某旧码头桩基检测工程为依托,阐述在保持上部结构完整的情况下,快速准确检测桩基承载力的方法。首先通过数值模拟分析上部结构与桩基荷载分担比例,初步确定试验堆载量。同时在码头下部的桩头安装传感器,加载过程中能较精确的测得桩顶的实际荷载。用该方法顺利地对该码头2根桩承载力进行检测,取得了较好的效果。     

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用AN-SYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性.接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据.相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效.     

风荷载效应作用下大矢跨比钢箱拱肋吊装过程稳定性分析

以伊克昭大桥大矢跨比钢箱拱肋吊装为工程背景,对1/2拱肋单吊点起吊方案吊点位置选取进行了对比分析,提出了较合理的单吊点位置方案;同时,针对不同的风荷载工况,对1/2拱肋起吊过程中拱肋的整体稳定性进行了有限元分析,结论表明：风速越大,拱肋整体稳定安全系数越小;随着风速增加,拱肋非线性特征逐渐明显,当风速达到一定数值时,拱肋将发生不同形式的失稳破坏。横向风荷载作用时,拱肋失稳以弯剪耦合为主;纵向风荷载作用下,拱肋失稳以弯扭耦合为主。     

复合材料舵水动力载荷等效施加方法及试验研究

针对复合材料舵水动力载荷的等效施加方法及可行性进行了理论和试验研究。以复合材料双支承舵、悬挂舵为研究对象,以舵叶载荷特性及变形特征为依据,提出了两型舵叶的水动力载荷试验等效施加方法,即双支承舵采用单面多块、悬挂舵采用单面单块加载;并通过有限元仿真分析,分别对两型舵叶在等效载荷与实际载荷作用下的位移、应力分布规律进行对比,验证了载荷等效方法的合理性;进而,制作复合材料悬挂舵模型,并开展了等效载荷下舵叶静强度、刚度特性试验研究,对等效载荷施加方法的可行性进行了验证。