非线性波浪载荷作用下舰船结构机械疲劳强度分析

船舶工业目前正在快速发展,舰船在海上航运时,非线性波浪载荷会对船体产生冲击,对结构产生很强的伤害作用,进而会对舰船的船身、横梁等产生破坏,我国对于舰船可靠性具有较高要求,因此在舰船进行结构设计时必须充分考虑波浪载荷的影响,对舰船的结构件进行疲劳强度分析和研究。本文通过对疲劳原理和现象的描述,解释了疲劳断裂产生的原因和过程。由于舰船在海面上受到的多为非线性波浪载荷,因此本文对非线性波浪载荷进行初步研究,分析非线性波浪载荷作用下的疲劳寿命,并对研究结果进行理论的对比和验证。     

基于非线性水弹性理论的舰船水动力分析

舰船在海上航行时,海风与波浪载荷等都是典型的非线性载荷,载荷导致的舰船结构受力和形变都处于动态变化过程中。为了提高舰船在风浪载荷下的结构强度,提高振动仿真的精度,有必要针对非线性载荷下的舰船动力学特性进行研究。本文系统介绍非线性水弹性理论的原理,并基于高阶元边界法进行了非线性波浪载荷的建模,并在Matlab中进行了舰船的非线性振动响应特征,具有重要的意义。     

舰船结构在非接触爆炸载荷作用下的非线性分析

舰船在海战中经常遭受鱼雷、火炮、炸弹和导弹等武器的攻击,由于接触爆炸和非接触爆炸对舰船是致命的,所以如何正确预报爆炸载荷作用下舰船结构的变形与破损,是各国海军都十分关心的一个问题,也是生命力研究的一个重要课题.本文主要研究船体舱段遭受反舰导弹和激光制导炸弹2类武器攻击非接触爆炸后产生的塑性变形的大小和范围.采用准静态方法,根据相关文献将爆炸载荷化为静载,同时考虑材料非线性和几何非线性,对船体舱段在遭受导弹和激光炸弹攻击时进行有限非线性分析,得出相应的结论.     

舰用907A钢结构高频疲劳裂纹扩展试验研究

采用预制缺口的舰体结构试样,对舰用907A钢在拉伸疲劳载荷作用下的裂纹扩展规律进行了高频疲劳试验研究,得出在拉伸疲劳载荷作用下舰体结构的裂纹扩展规律,模拟了舰船在航行时波浪交变载荷对舰船结构的破坏作用,试验结果对预报破损舰船在波浪中航行时的裂纹扩展情况具有参考作用。     

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。     

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究

在对水下爆炸载荷作用下典型舰船结构损伤研究的基础上,分析了塑性变形和各种破口形状尺寸等受损情况下Nishihara箱形梁的极限强度,得出结论:有破口的箱形梁未必比有塑性变形的极限强度小,若中剖面破口长度相等,则破口面积越大极限强度越小。利用NAPA软件建立典型舰船的模型得出设计载荷并导入MSC.Patran划分网格、定义属性并施加载荷与边界条件,运用MSC.Dytran模拟水下爆炸载荷高瞬态非线性分析,通过MSC.Nastran与工程软件MARS对该模型进行极限强度非线性分析对比,提出了一种对真实爆炸损伤状态下的舰船结构极限强度计算方法,证明其运用于结构设计校核极限强度的有效性和安全性。     

基于规范载荷的舰船设计海况等级确定方法

针对军用规范载荷难以给出舰船设计海况等级的问题,本文通过三维时域非线性水弹性理论分析了舰船在典型航速、不同海况下的波浪载荷极值与规范载荷之间的对应关系,进而提出了一种明确舰船设计海况等级的方法。以某型舰船为例,基于该方法确定了该型舰船的设计海况等级。研究成果表明：该方法可有效明确舰船规范载荷对应下的设计海况等级,在一定程度上为舰船的安全使用提供参考。     

舰船在恶劣海况中非线性波浪载荷与上浪载荷研究（英文）

在恶劣海况中航行的舰船不仅会发生大幅的运动而且还会承受一些非线性波浪载荷,比如上浪与砰击载荷。这些高频的非线性波浪载荷的联合作用(尤其是砰击)会影响船体结构安全。为此,过去几十年里大量学者开展了相关的研究。本文介绍了在中国船舶科学研究中心耐波性水池开展的一条舰船模型的波浪载荷试验研究,研究测量了模型在多工况下的波浪载荷与上浪压力。其次,使用了二维非线性程序(NORS)基于势流理论并考虑非线性对该船在大波高中的波浪载荷开展了数值计算研究。NORS程序能够在时域内考虑瞬时湿表面变化、船体砰击上浪载荷,其计算精度在大量的工程计算中得到了验证。另外,基于试验结果与数值计算结果,分析研究了船体波浪载荷的频率特征、试验结果中上浪载荷变化的特征。本文研究结果可以对该舰船结构强度评估和结构设计起到支撑和指导作用。     

水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率计算

针对当前在水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下,破损舰船运动及其倾覆概率的计算结果误差较大的问题,对其进行研究。分析爆炸冲击波传播速度对战斗状态舰船的影响,推导出战斗状态下舰船横摇幅度加剧程度,得到水下爆炸载荷的倾侧力矩,并研究稳定航行中舰船的航速与绝对风速之间的关系,通过理论力学建立破损舰船的横摇运动方程,得出随机风浪对航行中舰船的扰动力矩,基于现有的倾覆准则,计算出水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的倾覆概率。通过实验,对该方法与传统方法的计算结果误差值进行对比。与传统计算方法相比,该方法所得到的结果误差明显减小。     

水面舰船破损后的安全性分析

根据水面舰船破损的状态,分析其破损后的浮态和静水载荷,采用规范方法和非线性切片理论计算舰船破损后的波浪载荷,结合两种方法所得的载荷与极限弯矩,分析舰船破损后的安全性,并确定舰船安全航行时所对应的海况等级。     

基于规范载荷的舰船设计海况等级确定方法

针对军用规范载荷难以给出舰船设计海况等级的问题,根据三维时域非线性水弹性理论分析舰船在典型航速、不同海况下的波浪载荷极值与规范载荷之间的对应关系,进而提出一种确定舰船设计海况等级的方法。以某型舰船为例,基于该方法确定该型舰船的设计海况等级。研究成果表明:采用该方法可有效确定舰船规范载荷对应的设计海况等级,在一定程度上为舰船的安全运行提供参考。     

水下接触爆炸载荷作用下舰船防护结构模型的仿真分析

为了降低水下接触爆炸载荷作用对舰船结构的破坏力,提出舰船防护结构模型的仿真分析方法。以船体防护结构为基础搭建相应模型,模拟水下接触爆炸过程,并计算爆炸过程中舰船承受的载荷量。通过分析舰船结构的防护响应机理,得出水下接触爆炸载荷作用下舰船防护结构模型的分析结果。为验证设计分析方法在实际舰船防护结构优化中的性能设计仿真实验,经过实验发现应用设计分析方法可以有效提高舰船结构的防爆性能,相比传统的分析方法防爆性能更高。     

基于切片理论的波浪载荷直接计算

提出了波浪载荷直接计算方法。该方法基于线性切片理论,在频域范围内进行。通过水动力分析得出波浪载荷的响应幅值算子,采用统计方法对波浪载荷进行长期预报,并将线性波浪载荷预报结果进行非线性修正,以模拟实际波浪载荷的非线性效应。最后以某一船型为例,结合IACS推荐的波浪谱和波浪散布图以及超越概率,采用该方法进行了计算并将计算结果与规范值进行了比较。     

舰用燃气轮机抗冲击性仿真评估方法

燃气轮机作为现代舰船常用的主动力装置,其抗冲击能力是影响舰船生命力的重要因素之一.介绍了一种对舰用燃气轮机抗冲击性的数字仿真技术评估方法,通过对在冲击载荷下的舰用燃气轮机有限元模型进行仿真计算分析,得出燃气轮机抗冲击能力临界线,对其冲击安全性进行评估,可用于舰用燃气轮机抗冲击能力的设计或校核.     

基于动态规划的舰船最佳航路设计

针对目前对舰船最佳航路选择的重要性，通过分析明确了舰船最佳航路的概念，并用发展和应用比较成熟的动态规划方法对舰船最佳航路的设计进行建模，以期得到实际应用。     

舰船波浪弯矩响应的频率特性

非直壁式舰船在高浪级和高航速下的弯矩响应中,除了含有低频遭遇频率成分外,还存在着一定数量的遭遇频率的倍频成分及船体各谐调的垂向总振动频率成份,它们都会对舰船波浪弯矩的非线性响应产生相应的影响。如果舰船的第一谐调垂向总振动频率正好是遭遇频率的整数倍,这时弯矩的非线性响应将达到极值。本文从模型试验及理论计算两方面分析了舰船波浪弯矩的频率特性,对船体载荷响应理论的发展及设计载荷的确定具有指导意义。     

水下非接触爆炸时舰船——坐姿舰员系统仿真模型

本文给出了一个舰船一舰员在受到水下非接触爆炸攻击时的冲击动响应的系统仿真模型。用二阶双渐近似方法对舰船结构在水下爆炸冲击作用时的时域动响应进行理论仿真。然后用非线性四自由度集总参数模型表征坐姿船员，可以进行舰员的时域响应理论仿真计算，这个系统模型对舰艇和舰员安全设计可以起指导作用。     

非线性信号检测在舰船目标识别中的应用

在对非线性舰船辐射噪声产生机理和其噪声谱组成分析的基础上,研究利用高阶谱分析方法检测舰船辐射噪声。首先分析舰船辐射噪声的噪声谱中的组成成分和特性,对不同噪声源与舰船噪声谱成分间关系特点进行研究,并建立舰船辐射噪声的仿真模型。然后,研究高阶谱理论及其在提取非线性信号特征时的应用;最后,通过对仿真生成的2种舰船辐射噪声应用本文算法实现检测与分类,结果证明该方法可行。     

舰船辐射噪声的非线性和确定性检验

为提取舰船目标辐射噪声非线性和混沌特征,实现对舰船目标的自动识别,首先需要对舰船辐射噪声时进行非线性检验和确定性检验。运用替代数据方法,选择合理的检验统计量,根据实验数据与替代数据之间峭度和自相关两个量的差异性,分析得出舰船辐射噪声信号有非线性成分。另外,对舰船辐射噪声时间序列作相空间重构,根据递归图中出现规则图案,定性分析出舰船辐射噪声信号具有确定性成分存在。该结论为下一步提取舰船辐射噪声非线性混沌特征奠定了理论基础。     

舰船加筋板局部强度评估中的总纵应力折减系数研究

舰船加强筋尺寸的合理确定一直是结构设计中的热点问题。本文综合考虑总纵弯曲应力和局部载荷的相互作用,研究加强筋的许用应力折减系数(C_s)的影响因素与合理取值方法。通过分析加强筋的力学模型、对比不同规范中的C_s取值,以及用非线性有限元软件Abaqus计算一系列加筋板模型,拟合C_s曲线并与规范对比,并验证剖面对称性和局部载荷作用方向对C_s取值的影响方式,丰富了舰船局部强度校核方法的技术背景,为板架设计、舰船三维局部校核程序开发提供借鉴。