壳单元和实体单元模拟爆炸荷载作用钢板动力响应的差异性比较

以舰船舱室钢板为研究对象,利用动力分析有限元程序Ls-dyan,分别采用壳单元和实体单元2种建模方式对爆炸荷载作用下钢板的动力响应进行数值模拟研究.对比钢板的应力分布云图、中线上各点最大位移曲线图,发现2种方法计算结果与试验值大致吻合,采用壳单元建模在保证计算结果准确性的前提下可以大大提高计算效率.如何正确地选择单元进行分析是数值模拟很重要的一个环节,通过对壳单元和实体单元计算结果的初步对比,为舰船舱室数值模拟研究如何选取单元提供参考.     

船体结构有限元建模中实体单元与板壳单元连接技术

船体有限元模型普遍采用板壳(shell)单元离散,而某些大厚度局部结构形状复杂,需采用实体(solid)单元模拟.在Patran软件中,对这2种单元进行简单的节点耦合会出现自由度不匹配的问题,进而导致求解错误,故对这2种单元的连接技术进行研究尤为必要.对变厚度对接平板进行全solid单元建模计算,通过与文献结果相对比,验证数值模拟的正确性;引入复合单元法、MPC-RSCCON和MPC-Rigid 3种连接技术,在不同载荷作用下对比分析结构响应;对各连接技术中的相关控制参数进行敏感性分析.结果 表明,3种方法在特定条件下均能较好地实现有限元模型中shell单元与solid单元的合理连接,其中MPC-Rigid的精度更高、操作更为方便,建议在船体结构有限元建模中采用MPC-Rigid进行shell单元与solid单元的连接.     

体-壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用

研究体-壳单元组合建模法在圆柱壳开孔结构有限元分析中的应用,主要考虑多点约束(MPC)法在处理体单元与壳单元连接时的计算精度和效率。在Ansys中建立相应的模型,并与全壳单元模型及全实体单元模型的计算结果进行对比。结果表明,采用体-壳单元组合建模的模型在孔周壳板应力、结构屈曲模态及极限失稳响应等方面的计算结果与全壳单元模型及全实体模型偏差较小,结果比较可靠。     

内爆载荷作用下多舱室结构的破坏仿真分析

以典型舰船舱室为研究对象,分别建立对应2种打击模式下的多舱室结构模型。采用有限元分析软件,模拟多个舱室结构在内部爆炸冲击载荷作用下的变形和破坏过程,对炸药在舱内爆炸的毁伤特点以及舱室结构的破坏机理进行分析。分析结果表明,舱室结构破坏受炸药装药量、舱壁厚度、初始破口等因素影响,且初始破口对最终破坏效果的影响随着装药量的增加而降低。在对内部遭受较大装药量打击的舰船进行结构毁伤评估时,对于中心处起爆的情况,在进行多舱室建模时,可近似忽略导弹破口的影响,从而方便建模和计算过程。     

水下结构数值计算中面体单元连接技术及力学试验研究

结合有限元分析软件ANSYS对大潜深、大开口观察窗壳体结构模型的静态力学性能进行了数值分析及试验研究。计算模型考虑了材料非线性、几何非线性的影响。球壳采用面单元建模,观察窗窗座采用体单元建模,减少了计算规模,节省了计算时间。针对这2种不同自由度单元的连接,采用了不同的面体单元耦合技术,讨论了它们对静态力学性能结果的影响,在此基础上进行了试验研究。试验表明,本文所建立的有限元模型和计算策略准确可靠,可供设计时使用。同时也表明了在数值计算中采用MPC接触方法的面体单元耦合技术精度更高。     

大型补给舰船液舱晃荡载荷计算方法

随着补给舰船的大型化,补给舰船中的液舱晃荡问题开始凸显。为给大型补给舰船的液舱结构设计提供方便、可靠的晃荡载荷输入,基于改进的VOF法,以Youngs法重构自由液面,结合部分单元参数概念,提出了一种精度更高且数值稳定的、处理非矩形复杂舱室边界晃荡载荷的计算方法。通过对不同装载情况的液舱晃荡进行数值分析,并与Hirt-Nichols算法以及实验结果进行对比,证明该方法可有效改进自由表面的模拟效果,提高舱室内部速度、加速度和压力的预报精度。网格敏感性分析证明该方法的数值稳定性较好,较粗的网格也能达到较高的精度。所建立的晃荡载荷计算方法可用于对补给舰船的液舱晃荡设计载荷进行快速、准确的预报。     

内嵌声学黑洞薄板振动特性数值模拟方法研究

[目的]针对内嵌二维声学黑洞薄板的数值模拟方法进行对比研究,[方法]提出使用板壳单元对声学黑洞薄板进行离散建模的方法。首先,设计内嵌二维声学黑洞薄板算例,应用体单元建立该薄板的有限元模型,以验证其声学黑洞效应。然后,采用相同尺度的板壳单元来模拟该二维声学黑洞薄板,并对2种建模方法的模态和振动特性进行数值对比验证。最后,讨论声学黑洞区域厚度阶梯变化尺度以及幂律对整体结构振动特性的影响。[结果]研究表明,使用板壳单元离散内嵌声学黑洞薄板计算其振动特性的精度是可靠的,板壳单元离散方法相比体单元离散法具有计算规模小、计算效率高的优点。同时,合理调节声学黑洞区域的厚度阶梯变化尺度以及幂律会改变局部模态对应的固有频率。[结论]研究结果可为声学黑洞结构的设计与应用提供指导。     

核动力舰船燃料元件包壳破损下气载放射性剂量分析

核动力舰船上环境恶劣,船员生活和工作在舰船狭小空间内,在核动力装置运行过程中,燃料元件会不断产生和积累放射性核素,燃料元件包壳破损后,包壳内的放射性核素进入一回路冷却剂,一回路冷却剂的微小泄漏都会造成舱室空气放射性污染。污染的空气会使人员持续受到内照射和外照射伤害,这种伤害对舱室封闭的核舰船乘员尤其严重。本文对核素的迁移和扩散进行合理假设并建模,计算出燃料元件包壳破损下一回路冷却剂源项、舱室气载放射性物质比活度及艇员所受剂量,并对结果进行分析。     

舱室内爆载荷特性研究

首先选取并验证了舰船模型,对其模型进行简化,选择中部三舱段有限元模型,应用非线性显式动力学软件Dytran对三舱段模型内部爆炸过程进行数值模拟,并通过计算拟合出Pressure和时间、距离的公式,将其作为静载施加到爆炸舱室的板架结构上进行计算,模拟出舰船舱室在内部爆炸载荷作用下舰船结构的动态响应。最后将简化前后的计算结果进行对比分析,通过各个参数计算的结果判断内爆载荷简化计算方法的可行性,对以后爆炸载荷的简化计算具有重要参考价值。     

典型舰船舱室大气环境仿真

根据流体力学和数值传热的基本原理,用CFX软件对某典型舰船动力舱室大气环境进行仿真研究,对仿真的对象从仿真的方法、过程、评估等方面作出初步研究,并将实船试验数据与仿真结果进行对比分析.通过仿真、对比分析表明,CFX软件可以实现舰船舱室大气环境的计算机辅助设计并对其流场分布进行优化.     

能量耗散效应的多域边界元法(英文)

The wave diffraction and radiation around a floating body is considered within the framework of the linear potential theory in a fairly perfect fluid.The fluid domain extended infinitely in the horizontal directions but is limited by the sea bed,the body hull,and the part of the free surface excluding the body waterplane,and is subdivided into two subdomains according to the body geometry.The two subdomains are connected by a control surface in fluid.In each subdomain,the velocity potential is described by using the usual boundary integral representation involving Green functions.The boundary integral equations are then established by satisfying the boundary conditions and the continuous condition of the potential and the normal derivation across the control surface.This multi-domain boundary element method(MDBEM) is particularly interesting for bodies with a hull form including moonpools to which the usual BEM presents singularities and slow convergence of numerical results.The application of the MDBEM to study the resonant motion of a water column in moonpools shows that the MDBEM provides an efficient and reliable prediction method.     

The intelligent use of finite element methods

The structural analysis based on application of numerical methods used in the solution of complex structural problems, when applied correctly, is a powerful tool leading to rational structural design of ships. This paper discusses the practicalities of its application and indicates that in order to achieve the stated objective, the following are essential pre-requisites: a) full understanding of the problem; b) ability to solve the problem using currently available methods; and c) ability to interpret the results of the analysis correctly. Whilst there is still a lot of discussion on whether the structural analysis represents a structural design or a structural verification tool, the view expressed in this paper is that the structural analysis should mainly be used in the latter context. This means that a sound engineering solution ought to be established in the first phase of the analysis and used as a basis. The final results will then only be used to perfect the structural detail and modify the areas where rapid stress gradients occur. Any other approach would invariably require repetitive, time consuming and costly iterations which under normal circumstances may prove to be counter-productive. This paper presents a few examples of practical application, the methodology of achieving the solution and the way of interpreting the results.     

边坡有限元分析的工程应用

运用数值计算方法对边坡稳定性分析中,坡体原始形态通常采用几条连续的折线来模拟,不能很好地反映其实际情况,尤其是在三维模拟中更是相当复杂。本文结合对呼和浩特至集宁高速公路中一处典型边坡的有限元建模分析,针对这种不规则大块体的模型建立分析,提出了一些思考性建议。     

不连续问题的扩展有限元法分析

改进的扩展有限元不需要经过后处理可以直接求得应力强度因子,从而为动态不连续问题的分析提供了便利.研究表明:不连续区域附近的积分方案,特别是裂尖区域的积分方案,对结果精度影响很大.文中采用一种新的积分方案对裂尖和裂缝贯穿单元进行积分,既方便积分,又可以减少计算量.采用改进的扩展有限元模拟了裂纹扩展.对于闭合裂缝,必须考虑缝面间的接触条件;裂缝面间若采用完全接触,得到的结点加强自由度近似为零.由于避免了传统有限元方法中的网格重构,改进的扩展有限元在静态和动态不连续问题分析方面具有广阔的应用前景.     

焊接结构反变形的有限元法计算

提出通过对有限元法确定焊接结构反变形的方法,运用热弹塑性有限单元法和固有应变为基础的弹性板单元的有限元法分别对平板和简单的立体结构进行了模拟计算,验证了本方法的可行性。     

船体结构噪声的有限元计算分析

有限元方法是解决结构静力、动力问题的有力工具,在工程结构振动声学性能计算中正越来越多地被采用。采用有限元方法对船体结构噪声进行计算和分析,计算结果表明,有限元方法的可行性和有效性。     

对接焊残余应力的有限元分析

针对应用有限元方法进行焊接残余应力数值预报时模拟普遍存在的三维模拟过程复杂、计算时间冗长、计算费用较高的问题,通过引入焊接热循环过程的加热和冷却时间比,提出了以线热源代替点热源的简化数值预报方法,使三维问题简化为二维问题进行数值模拟,大大节省了计算时间.数值计算结果表明:文中提出的焊接残余应力的数值预报方法能满足焊接力学分析的精度要求,节省了大量的计算时间,可以应用于工程实际.     

高速列车头车的有限元模型

通过分析高速列车头车的车身结构,运用有限元理论对高速列车头车进行建模.建立头车的骨架时采用基于铁木辛柯梁理论的梁单元,以提高求解效率;为解决中空铝型材在现有条件无法建模的问题,采用正交各向异性和等效厚度的平板代替之,从而得到基于等厚度原则的头车有限元模型.