船舶板格与板架的弹塑性屈曲

本文把平板与板、杆组合结构以正交异性矩形平板单元离散。应用能量原理建立了非线性时平板结构的分岐屈曲特征值方程。 在对平板结构作弹塑性屈曲解析时引入了“层板子单元”模型,使平板弯曲的弹塑性解析简化为二维的平面应力状态的层板子单元弹塑性计算。 在求解弹塑性屈曲的特征方程时,本文把求取最小广义特征值的逆迭代法与弹塑性非线性方程解的载荷增量切线模量法结合起来,得到夕Pi(载荷系)-λi,min(最小特征值)的相关曲线λ(P)。当λ(P)=1时的载荷系P_(cr),即为平板结构的屈曲临界载荷系。 本文最后给出了计算实例,并与相应的经典解和试验结果作了比较,证明有良好精度和适用性。     

5083铝合金平板对接焊接变形实验与计算分析

采用实验和数值模拟对5083铝合金焊接变形规律进行了研究。采用热弹塑性有限元法对平板对接焊变形进行分析,结果表明,采用板单元有限元计算的平板焊接横向、纵向、面外变形分布与实验测量结果一致。     

梁板结构弹塑性大变形有限元分析

基于Mindlin板理论,给出了用于梁板结构弹塑性大变形分析的新型梁板单元模型。在板和肋骨运动方程中包含一阶性线性项以计及几何大变形的影响,材料非线性特性由Von Mises屈服准则及相应的流动法则表示。由虚功原理导出的非线性控制方程,用Gauss求积法计算并由Newton-Raphson增量迭代法求解。本文通过一些算例,证明了所采用的单元具有良好的收敛性和足够的精度。     

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。     

一种新型舰船防护板的抗水下爆炸冲击性能研究

防护板在舰船上的应用非常广泛,它对于提高舰船抵抗水下爆炸冲击波载荷性能、抗碰撞冲击性能等都具有重要作用。利用薄壁圆管的吸能特性设计了离散型和紧密型圆管夹心板,使用大型非线性有限元软件MSCDytran建立水域、炸药及防护板的三维有限元模型,并进行水下爆炸数值计算,从板的吸能能力、加速度响应、变形量3个方面分析了2种夹心板和普通平板在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能。仿真计算结果表明,离散型夹心板的抗爆性能优于紧密型夹心板和普通平板。     

基于HCSR规范的加筋板载荷端缩公式修正

现有HCSR的载荷-端缩曲线公式基于板筋屈曲公式推导,普通单元呈现出不同屈曲模式,硬角单元采用理想弹塑性材料模型,然而在单向轴压过程中,材料属性的差异造成加筋板弹塑性载荷端缩分布存在异同,且硬角单元亦存在屈曲变形,会造成极限强度评估出现误差,对AH32和921A钢加筋板进行极限强度试验,分析梁柱屈曲、扭转屈曲、硬角单元等不同失效模式,以获取不同屈曲模式崩溃下加筋板载荷端缩曲线,通过非线性有限元和简化法计算不同钢材、不同屈曲模式的加筋板的极限强度,获取载荷端缩关系曲线,对比结果表明,HCSR不同屈曲加筋板单元载荷端缩关系的误差随着屈服强度降低而逐渐增大,所提出的硬角单元载荷端缩公式与数值计算结果吻合良好。     

加肋轴对称旋转壳非线性稳定性分析

应用Total Lagrange描述、弹塑性本构关系及非线性壳体理论,建立加肋轴对称旋转壳的非线性稳定性分析的控制方程.将所求得的控制方程应用于截锥壳单元,推导出截锥壳单元的非线性稳定性分析的有限元列式,用截锥壳单元离散和逼近加肋轴对称旋转壳,构成有限元分析模型,从而建立了分析加肋轴对称旋转壳稳定性分析的有限元模型.应用所获得的有限元列式,由平衡路径追踪,求出结构的弹性极值点载荷和弹塑性极值点载荷,将所求得的极值点载荷适当地划分成多个载荷步,求出相应的位移增量,在每一个增量步作特征值分析,由特征值分析求出非线性失稳临界载荷.文中分别将本方法与材料的弹性本构关系和弹塑性本构关系相结合,采用Crisfield圆弧加载法对某精车模型进行平衡路径追踪,得出了该模型的弹性极值点载荷、弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷.所求得的弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷与模型实验测试值均吻合较好,其中弹塑性失稳临界载荷值与实验值更为接近.从而证明:本文方法可直接求出加肋轴对称旋转壳的弹塑性失稳临界载荷,而勿须使用Cg、Cs系数进行修正.     

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.     

海洋平台结构系统弹塑性整体计算的裂纹柱壳新单元

柱壳是船舶与海洋工程结构物中主要结构构件.由于波浪等载荷的交变作用,疲劳裂纹损伤是这类结构物中一种常见且对安全性危害极大的损伤形式,因此裂纹损伤柱壳的研究一直是一个关注的课题.通常,对于韧性良好的结构物材料,在裂纹扩展前,裂纹前端可能出现较大范围的塑性,其相应的分析称为弹塑性断裂分析.另一方面,裂纹损伤构件在载荷作用下的演变与整体结构系统的关系密切,因此,包含裂纹损伤的结构整体系统计算是必要的,而目前一般的有限元方法由于裂纹存在和非线性的特殊原因,进行这样的计算工作量非常大,因此有必要开发未知量少且能反映弹塑性裂纹影响的新的结构单元.针对周向壁穿裂纹损伤柱壳,利用Sanders弹塑性裂纹解析解,通过增量运算,实现载荷和位移的增量显式表达,建立了弹塑性裂纹的单元增量刚度方程,为裂纹损伤结构系统的整体计算奠定了必要的理论基础.     

面内流固冲击载荷下板结构的弹塑性动态屈曲及失效

一种简单的半解析方法用来研究板结构的动态弹塑性屈曲及失效.考虑材料和几何非线性,忽略面内位移和面内惯量,运用能量变分原理以及增量伽辽金方法得到面内流固冲击载荷下板以及加筋板的弹塑性动态屈曲增量控制方程,采用数值方法求解,并通过算例分析了几何参数以及冲击载荷的影响.     

船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法

本文基于Smith方法,应用梁-柱理论、理想弹塑性假设、平截面假设和塑性铰理论建立了加筋板单元的应力-应变关系曲线,导出了船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法并编制成FORTRAN计算程序.应用作者导出的简化逐步破坏分析方法分析计算了Reckling 23号模型总纵极限强度.计算结果表明,本文导出的简化逐步破坏分析方法和计算程序正确可靠,可供船体结构设计和使用.本文还对船体结构总纵极限强度的影响因素进行了分析,其中包括加筋板单元的载荷-缩短行为、横向压力、材料屈服强度和腐蚀等.     

基于光滑有限元的加筋板静力自由振动和声辐射分析

基于光滑有限元思想给出了一个适当"软化"的有限元模型分析方法,即对原有的应变场分别运用基于边和节点的应变光滑技术进行光滑操作,构建边光滑Mindlin板单元和带权节点光滑三维简化梁单元,结合离散剪切间隙技术对加筋板的静力、自由振动和声辐射问题进行了分析。在声辐射分析中,运用瑞利积分求得结构的声辐射阻抗从而对结构进行分析。由于模型得到了适当的"软化"且成功避免了低阶Reissner-Mindlin板单元在弯曲过程中的横向剪切自锁问题,使得计算精度大大提高。数值计算结果表明,与传统的有限元相比,本模型能实现以低阶单元达到高精度的计算结果,且收敛速度更快。     

船体板成形后曲率与三辊弯板机中心辊进给量的关系

本文运用弹塑性理论对船舶壳体板(简称船体板)在对称式三辊弯板机中发生弹塑性弯曲时的受力及变形作了系统的分析及研究,提出一组可按照板厚度、板材料弹性模量、板材料屈服极限及成形后船体板应具有的曲率等参数确定中心辊进给量及施加力的理论计算公式。     

船舶板材几何尺寸的变化对高频感应弯板成形的影响

采用ANSYS软件对低碳钢平板的高频感应线状加热弯板成形过程进行热弹塑性有限元分析.利用相关数值结果定性分析了板材几何尺寸对温度场、最终面内收缩变形和角变形的影响,比较了3个不同尺寸平板以及单一变化板宽或板长的各类变形、应力场及塑性应变.研究结果表明,加热条件完全相同时,平板尺寸的变化对最终温度场的变化影响不大;平板长度及宽度方向的尺寸变化对平板的变形均有较大影响.     

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。     

平板及立板式防波堤散射波浪力研究

文章应用边界单元方法研究了波浪与平板及立板两种防波堤结构的相互作用,揭示了这两种型式防波堤的散射波浪力与板的相对板厚、相对潜深及相对板长之间的关系。研究发现:(1)有效波浪力存在的前提条件是潜深小于0.5m并且板厚为O(0.005m);(2)水面和水下平板的垂荡波浪力为控制要素并有极值存在,横摇波浪力可以忽略;(3)水面或者水下立板的横荡波浪力为控制要素,并且横摇波浪力约为平板的20倍。     

裂纹前端局部加强板的韧性断裂分析

对局部加强含裂纹板的弹塑性断裂问题进行了分析计算.建立了裂纹前端局部加强的裂纹板弹塑性分析的Dug-dale模型,以裂纹尖端开口位移CTOD为断裂参数,就加强复板位置、结构参数及加强复板与裂纹板材料参数等因素对结构止裂性能的影响进行了分析计算.结果表明,在裂纹前端进行局部加强使裂纹尖端的塑性区长度减小,且降低了裂纹尖端的开口位移CTOD,能有效地阻止裂纹扩展.提高加强复板相对刚度有利于改善裂纹尖端状态,提高结构的承载能力.     

弹塑性板壳结构非线性有限元分析

本文根据塑性流动理论的基本公式，由隐式积分导出了与路径无关的变量更新算法和一致切线模量。采用单元广义应力应变直接离散塑性流动定律，构造了杂交应力单元一致切线刚度矩阵的显式表达式，编制了结构有限元程序ＳＡＦＥ，并对弹塑性非线性屈曲和极限承载能力进行分析计算，得到了一些有用的结论。     

偏心裂纹缺陷板的应力强度因子和极限拉伸强度分析

疲劳裂纹对船舶结构强度具有不可忽视的削弱作用,在过去的研究中,主要从断裂力学的角度对疲劳裂纹应力场进行分析,而对于静态裂纹板的极限强度的探讨相对较少.本文在有限元计算的基础上对具有偏心裂纹缺陷的矩形板的应力强度因子和极限拉伸强度进行了分析.对于偏心裂纹应力强度因子,在计算方法上有效地简化了文献[5]中提出的大单元有限元计算模型,并且用于分析裂纹偏心度对于应力强度因子的影响.对于偏心裂纹延性板,采用弹塑性有限元进行了大量的组合计算,分析了相对裂纹长度、材料屈强比和裂纹偏心度对板的拉伸极限强度的影响,并给出了方便计算的回归公式.该回归公式包含了多个参数对板的极限拉伸强度的影响,与实验结果吻合较好.     

二维离散小波转换应用于加筋板格的损伤检测

文章主要是探讨利用小波转换来探测铝合金加筋板格的多重裂缝,在实验中利用小波包节点范数(Wavelet Packet Node Norm)来建立带有铝合金加筋板格的第一模态振型值,并且利用二维离散小波分析来探测裂缝之所在位置.在数值分析方面,利用有限元法分析软件(ANSYS),进行平板之模态振型分析,并以二维离散小波分析探测裂缝位置,证明此方法之可行性.从数值分析与实验两者之结果均证实所提出之方法对于探测铝合金加筋板格的单一或多个破坏程度之缺陷位置,均有较好的检测能力.