一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性。本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础。     

基于子程序二次开发的双向曲率板应变分布计算方法

[目的]在船舶双向曲率板的自动化成型研究中,板材的面内应变和面外应变分布计算方法是一个重要问题。针对现有应变计算方法存在的局限性,提出一种提高船舶双向曲率板应变分布计算精度的方法。[方法]以圆形平板为研究对象,在有限元软件中进行子程序的二次开发,逐步施加位移场载荷,提高应变分布的计算精度;考虑到实际加工过程是弹塑性变形的过程,因此讨论材料非线性对应变分布的影响;从计算精度和计算效率的角度,讨论各种计算方法的适用性。[结果]子程序计算方法解决了现有方法计算精度不足、建模复杂和计算效率低下的问题;考虑到计算效率,建议使用弹性大变形有限元方法来计算应变;针对不同曲率半径的目标形状,对计算方法的选取给出了合理的建议。[结论]研究成果可为船舶双向曲率板的自动化成型系统提供准确的应变分布,具有实际的工程应用价值。     

船体曲面水火弯板加工工艺算法研究

水火弯板是船舶曲面外板成型的主要工艺,可靠的成型预测方法是板件成形自动化系统研究的基础。本文研究了水火弯板加工的机理及加工工艺参数确定的算法。在建立并以实验验证了水火弯板的数值模拟模型的基础上,确定了火焰成形的温度场和变形场等主要影响参数,提出了温度场及变形场的描述方案,并通过计算得出了板的温度场及变形场与主要加工参数之间的关系,最后对给定帆形板典型船体结构曲面板的水火成型过程进行了热弹性有限元模拟并确定加工工艺参数算法。     

基于逆有限元方法的结构变形重构研究

针对海洋平台结构健康状态难以实时监测的问题,提出一种利用应变信息重构位移场的逆有限元方法。基于Timoshenko梁和最小二乘变分理论,通过提取结构表面应变计算截面中性轴应变,推导应变场及位移场函数,并将应变信息作为逆有限元重构的输入条件,对结构变形进行回构。为提升该方法的容差性,分析了应变片位置偏差及信号噪声对精度的影响。以海洋平台立柱为试验对象,分别利用有限元分析结果及实测结构应变信息来重构位移场。试验结果表明,提出的逆有限元法在不同载荷形式下均有较高的重构精度。     

数值仿真中单元密度对材料失效应变的影响

对普通船用低碳钢拉伸实验进行数值校准计算,确定用于数值仿真计算中的材料最大失效应变参数。通过改变有限元网格大小,确定不同网格密度对应的材料失效应变与工程断裂应变的关系,绘制了数值计算中材料失效应变的修正系数α曲线。     

帆形板水火弯板加工的研究

研究了帆形板水火弯板加工的机理及加工，工艺参数确定的算法，在建立并以实验验证了水火弯板的数值模拟模型的基础上，确定了帆形板火焰成形的温度场及变形场主要影响参数，提出温度场及变形场的描述方法，并通过计算得出了板的温度场及变形场与主要加工参数间的关系，最后得到了对于给定帆形板确定加工工艺参数算法。     

轴向载荷下多平面DT型管节点 应力集中系数研究

应力集中系数对于海洋平台结构中管节点的疲劳寿命评估至关重要。文章以多平面DT型管节点为研究对象,采用有限元方法分析了轴向载荷作用下沿其弦管—撑管相贯线焊缝的应力集中系数分布。在保证计算精度的前提下尽量减少网格数量,采用分区网格划分方法进行管节点建模。基于有限元分析结果,研究了不同几何形状参数对应力集中系数分布变化规律的影响,拟合得到一组应力集中系数参数公式,并通过两种相对误差验证了该参数公式的有效性。     

基于iFEM和虚实结合的加筋板应变场构建研究

iFEM(inverse finite element method)是目前进行结构应变场构建最有前景的方法之一,其目的是在结构离散应变采集过程中,以最少的实际测点获取满足精度要求的结构应变场。在一些局部区域应变数据不易采集时,可尝试采用虚实结合的方式进行离散应变数据的采集。本文以船舶典型结构加筋板为例,根据实测数据,结合仿真模型,依据Xgboost的测点回归方法,基于iFEM技术依次计算实测、仿真和虚实结合三种方法的应变场重构精度,分析误差原因。通过预测,当47个物理测点时平均误差最低,为1.92%,以虚实结合路径输入15个点和21个点时结果与验证点的误差均小于3%,验证了虚实结合快速补充缺失数据的应变场重构的方法操作性强、准确度高。     

大型尾部分段装焊固有应变有限元计算精度控制技术

船舶建造精度控制是对造船全过程的尺寸精度分析与控制,随着船体结构加工精度的不断提高,装配工艺装备、工艺程序的不断优化,船体装配与焊接精度控制的重点是对焊接过程中所产生的变形开展有效监测与防控。固有应变有限元计算是通过避开复杂的焊接过程,采用简单的弹性静载分析,简化计算过程,辅之于专用焊接变形预测软件,对焊接过程中的固有应变进行预测,给出相应的焊接变形补偿量,从而达到精度控制的目标要求,并在575000DWT散货船尾部分段生产实践中加以了应用。     

鞍形板感应加热成形的弹性有限元分析

鞍形板是典型的船体双曲度板之一，在使用高频感应加热成形鞍形板的研究过程中，多加热线的感应加热变形预测是钢板感应加热工艺研究的关键技术问题。该文基于固有应变理论和弹性有限元分析方法，通过大量钢板多场耦合的数值计算建立了工艺参数和固有应变的关系数据，以实际的固有应变作为载荷输入参数，应用弹性有限元模型计算多加热线鞍形板的整体变形。鞍形板的弹性有限元分析结果得到的挠度值与实验值一致，计算时间短，计算误差符合工程精度要求。因此，分析结果表明鞍形板多加热线的弹性有限元分析模型可以应用于鞍形板的变形预测。     

联锁块铺面的有限元模型分析

通过建立联锁块铺面的平面应变、轴对称和三维实体有限元模型,分析了联锁块块间接缝参数对基层层底弯拉应力和土基顶面压应变的影响;提出了基于不同等效损伤原则的联锁块层等效模量的概念;比较了接缝与联锁块块间连续时不同有限元模型计算得到的联锁块层等效模量的差异;建立了等效模量与接缝参数的关系式;考虑了接缝与联锁块块间可脱开时联锁块层等效模量的变化,并给出了等效模量的推荐表。     

Design of convex hull plate forming by pure line heating

This paper presents a ship-hull plate forming way by pure line heating. The heating lines forming the required bending angle is determined by curvature analysis method. Heating along the calculated heating lines results in bland plate with initial transverse curvature. Then, the plate with desired convex shape can be obtained by heating in the longitudinal edge. This is the whole forming process by pure line heating. This paper presents a method of plane development for ship-hull plate with B-spline surface representation, and provides the shrinkage heating lines in the forming process. This forming way would facilitate temperature control and make plate forming automatically easy.     

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.     

基于显式求解的板材卷制成形力学行为分析

三辊卷制成形作为船体外板弯曲成形加工的主要方法,影响船体建造的精度和效率。本研究针对船体外板的三辊卷制成形过程,基于ANSYS和LS-DYNA的非线性显示求解,考虑了轴棍-板材的接触问题和卷制成形的力学行为,预测的板材弯曲形状与实际测量数据基本吻合。同时,研究了板材材质、上辊下压位移以及下辊间距等对板材卷制成形精度的影响,建立了各工艺参数与板材卷制曲率半径间的数学关系,并进行了验证。     

刚性板间圆形不可压缩橡胶垫的载荷-压缩关系

对刚性板间橡胶垫的载荷—压缩关系的准确预报在很多工程应用中都至关重要。过去对该问题理论解的研究大多数基于线弹性理论,且很少适用于有限应变问题。文章推导了刚性板间圆形不可压缩橡胶垫的载荷—压缩关系。基于两个运动学假设和连续介质力学理论进行推导,并考虑了Mooney-Rivlin材料。文中将推导的公式计算结果与有限元计算结果及其它已有公式进行了比较和讨论,证明了文中提出的公式有足够的精度,并适用于各种形状系数和有限应变问题。     

集装箱船舱口角隅应力集中系数的有限元分析的精度

集装箱船舱口角隅的应力集中是船舶结构强度的一个重要问题。随着有限元技术的发展，目前舱口角隅的应力集中系数大都可以通过有限元计算直接获得。由于有限元分析过程中存在着大量不确定性，通过控制其有限元分析各个步骤的质量来保证有限元分析的精度，已经成为一个重要的研究方向。本文利用现有有限元分析软件（ABAQUS），通过对不同模型简化方法的讨论，给出了正确计算舱口角隅结构应力集中系数的模型简化方法，并在此基础上讨论了网格尺度对应力集中系数的影响。     

粘结橡胶环的载荷-压缩关系

粘结橡胶环在很多工程领域被广泛应用于缓冲冲击。这些应用一般都要求掌握橡胶垫准确的载荷压缩关系。但以往的研究仅讨论了橡胶柱体而忽略了橡胶环,而且仅少数研究是基于连续介质力学理论的。文章推导了刚性板间不可压缩橡胶环在三种边界条件下的载荷—压缩关系,考虑了Mooney-Rivlin材料,并基于连续介质力学理论进行了推导。文中将推导公式的计算结果与有限元计算结果进行了比较,证明了这些公式有足够的精度,适用于各种形状系数和材料参数,在有限应变下仍然适用。最后,文中还给出了典型橡胶环的载荷—压缩曲线,并对不同边界条件下的压缩刚度特性进行了讨论。     

混响室场均匀性数值仿真与验证

建立了一个实际混响室的三维电磁模型,采用有限元数值方法对混响室内的电磁场分布进行了求解,并运用统计方法对电磁场数据进行处理,获取了相关系数和标准偏差等场均匀性统计信息.搅拌器是影响混响室场均匀性参数的重要部件,本文对于不同几何外形、回转半径和数量的搅拌器的混响室电磁场分布进行了数字仿真,并对比分析了搅拌器参数对于相关系数和标准偏差等统计信息的影响效果.为了验证仿真结果的准确性,本文将数值仿真结果与实际混响室的测试数据进行了对比,包括电磁场分布和场均匀性统计参数两方面,发现二者比较一致,仿真计算准确度高.     

循环载荷下考虑累积塑性影响的船体板CTOD理论及数值模拟研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将本模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明：在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时也为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供了途径。