有限元法在船闸闸首结构设计中的应用

规范算法在应用于船闸闸首的结构分析中,因未考虑地基材料非线性及三维结构的整体性对结构计算的影响,不能较真实地模拟闸首地基整体受力变形情况,进而影响到船闸结构设计。针对这些问题,本文以某大型船闸下闸首为例,建立闸首-地基三维有限元模型,考虑地基的材料非线性,地基模型采用邓肯-张的E-B模型,使用ABAQUS软件分析运行工况下闸首的应力分布规律及变形特点。结果表明,规范算法在船闸设计中总体安全富余度较大,但在闸门附近的边墩截面和边墩与底板交角处是偏不安全的。     

VB与TrueGRID软件在船闸闸首三维有限元网格自动剖分中的应用

利用VB语言设计的友好的人机交互界面,获取船闸闸首模型的参数化数据并对数据进行分析处理,生成TrueGRID软件能识别的命令流;编制VB与TmeGRID的接口程序,导入命令流至TrueGRID软件,生成可视化的船闸闸首三维有限元网格.提高了有限元计算前处理的工作效率.     

软土地基上扩容改造船闸工程上闸首应力变形研究

扬州市某船闸工程已建成通航四十多年,长期处于超负荷运行状态,结构、设备破损老化,存在诸多安全隐患,已影响到船闸的安全运行,为保证船闸运输畅通及保障人民生命财产安全,对该船闸工程进行扩容改造工作。为研究软土地基上扩容改造船闸工程上闸首结构设计的合理性,根据相关地质、地形及设计资料,建立了该船闸上闸首结构连同软土地基的三维有限元模型,计算分析了该上闸首的应力变形特性,确定了闸首沉降符合一般变形规律,闸首底板拉应力值较大,超过混凝土允许拉应力值,应力分析成果为配筋设计提供了理论依据,可为类似闸首设计提供一定借鉴。     

三维有限单元法在大型船闸闸首设计中的应用

合理确定闸首结构的内力是保证船闸结构系统稳定和安全的关键,也是闸首混凝土配筋设计的重要依据。使用ABAQUS有限元分析软件,建立某大型船闸下闸首三维有限元计算模型,分析了不同工况下闸首的应力分布规律及变形特点。编制了由应力反求内力的计算程序,得到各控制点的内力分布情况,并与规范算法结果进行对比,结果表明:规范算法偏于安全,有限单元法充分考虑了位移的协调和结构变形的整体性,计算出的内力更加符合大型船闸闸首实际受力情况。     

某改建船闸工程上闸首结构性态研究

江苏省某船闸工程虽经三次维修,仍存在较多问题,如船闸通过能力不足,制约经济发展等,为满足该区域航运安全畅通的需求,开展了船闸改建设计。为研究改建船闸上闸首结构的合理性,根据相关地勘及设计资料,建立了该船闸上闸首结构的三维有限元模型,计算分析了该上闸首的结构性态,研究了上闸首结构在不同工况下的应力及内力分布规律,开展了边荷载作用对闸首结构内力影响的敏感性分析,为上闸首结构的配筋提供理论依据,同时可为类似船闸闸首工程的设计提供借鉴。     

平原地区闸首结构设计创新综述

闸首是船闸水工建筑物的核心,平原地区的闸首结构有其自身的特点,其设计质量的优劣直接影响施工以及后期运行和维护,本文对近年来船闸闸首结构设计中的新技术、新方法、新特点进行综述,同时对闸首结构创新提出了展望。     

船闸闸首非线性有限元计算分析

在船闸下闸首工程的结构计算分析中,考虑地基土体材料的非线性特性,采用非线性有限单元法,对嘉陵江新政船闸下闸首进行了计算分析研究。运用ANSYS10.0通用计算软件,建立了三维非线性弹塑性有限元模型,采用D-P准则对闸首的回填土和地基土体进行计算,经对嘉陵江新政船闸闸首在不同工况下的应力和应变分布特征进行分析比较,验证了模型的正确性和实用性。     

基于D-P准则的闸首底板非线性有限元分析与比较

底板是闸首结构受力最复杂的部位,属于典型的空间受力结构,目前船闸规范中仍将弹性基础梁法作为闸首底板内力计算的主要方法,该方法系平面计算理论,且采用弹性模型代替弹塑性模型,存在优化的可能。结合土基上某船闸工程实例,利用有限元软件ANSYS,通过D-P屈服准则进行三维非线性有限元分析,研究弹塑性模型下闸首底板的内力与变化规律,并与弹性基础梁法、三维有限元弹性法进行分析比较,提出了各种方法的适用条件,以供类似工程借鉴参考。     

某船闸工程船闸闸室结构优化设计

船闸是通航建筑物的一种主要形式,它一般用于保证船舶安全过闸,因此,其结构设计的合理性就显得格外重要。以某船闸工程为例,利用Abaqus有限元软件对船闸闸室结构进行计算;讨论影响船闸闸室结构设计安全性、稳定性的关键因子,找出考虑这些关键因子的优化设计方法,并进行结构优化设计。     

适用于水上施工的船闸闸首结构与施工方法

结合舟山某船闸工程,研究了适用于水上施工条件的新型闸首结构形式,提出了相应的施工方法和止水措施,介绍了地基处理方式和防渗措施.与干法施工条件下闸首整体对接结构不同,闸首采用预制钢筋混凝土沉箱与现浇混凝土相结合的结构形式,利用沉箱作围堰,安放到位后,通过布置临时止水和永久止水,使闸首沉箱和闸室沉箱结合成整体,形成干地施工条件.对岩基,采用爆破炸礁与水下升浆混凝土相结合的地基处理方式,保证了高潮位时沉箱的稳定性.对于水上施工船闸,该闸首结构形式及施工方法节约了工程造价,缩短了施工周期,为类似船闸工程的设计与施工提供借鉴.     

大型绞吸挖泥船绞刀齿轮箱箱体结构仿真及优化研究

以某大型挖泥船绞刀齿轮箱箱体为研究对象,运用Pro/E软件进行参数化结构设计和建模,导入到有限元仿真分析软件MSC.MARC中,对其进行结构仿真分析。研究方法缩短了绞刀齿轮箱的设计周期,同时提高了设计质量。这为大型挖泥船绞刀齿轮箱箱体的优化设计提供了一种有效的新方法。     

基于知识的船体结构快速设计及优化

在确保安全的前提下,快速设计出优秀船体结构并实现快速修改是船舶设计师梦寐以求的目标。文章针对这一目标,提出了基于知识的船体结构快速设计方法,引入船体结构知识本体的概念,将知识工程原理和参数化技术相结合,对船体结构设计知识库的建立进行了研究,实现了船体结构三维快速优化设计。设计中设计船的结构构件位置通过位置参数确定,构件尺寸通过母型知识库并运用NURBS函数插值再结合规范要求获得,对主要结构采用量子行为遗传算法进行优化。实例表明,该方法将设计知识嵌入到船体结构知识本体中,既有助于设计知识的保留和再利用,又能实现对设计结果的自动检查,进而快速获得合理的船体结构。     

水介质对船冰碰撞结构响应的影响

以极地运输船舶艏部作为研究对象,建立基于流固耦合算法的船-水-冰耦合技术对三维船艏与冰体碰撞的结构响应问题进行了研究,结合非线性有限元软件LS-DYNA对比分析了考虑流固耦合(即有水介质)的船-水-冰碰撞模型和不考虑流固耦合(即无水介质)的船-冰碰撞模型与同质量不同速度的冰体发生碰撞下的结构响应问题,揭示了不同碰撞工况下船舶在损伤变形、碰撞力、速度等方面的变化特征及差异,同时阐述了水介质在船冰碰撞中的作用,可以为极地运输船舶的抗冲击结构设计提供参考。     

格型钢板桩与复合地基组合式岛壁稳定性研究

结合某海上人工岛工程实例,以有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,建立格型钢板桩岛壁结构稳定性分析的空间弹塑性有限元模型。研究软土地基上格型钢板桩结构的变形与稳定特性,分析当格型体与多种复合地基相组合时对岛壁结构稳定性的影响。结果表明,对格型钢板桩内外土体进行地基加固后,结构稳定性均有不同程度的提高,特别是在岛内即格型体陆侧进行一定宽度高压旋喷桩的处理后,岛壁结构的稳定性大幅度提高,并能有效控制使用期人工岛的沉降量。分析成果对类似工程以及格型钢板桩结构在软土地基上的推广应用有参考意义。     

基于Unity3D的邮船薄板平面分段流水线作业仿真

以邮船分段建造3D可视化为仿真目的，以薄板平面分段流水线为仿真对象，基于Unity3D进行邮船薄板平面分段流水线的工位设计、环境实现和仿真实现，完成邮船薄板平面分段流水线的设备虚拟化、工艺可视化和作业自动化，可为邮船薄板生产线的实际作业提供仿真环境和技术参考。     

基于CATIA V6的船体结构模型检查二次开发研究

随着数字化技术的发展,三维设计正成为船舶行业的技术发展方向。基于CATIA V6平台的船体结构三维设计,目前主要应用SFD轻量化模型生成二维图纸对接产品方案设计,应用SDD实体模型对接生产设计。因此在三维建模过程中,为保证二维出图与实体转模的准确性,对船体结构SFD模型进行检查尤为重要。虽然三维模型具有视觉上的直观性,但是在CATIA平台模型检查过程中,由于结构模型构件数量庞大且构件属性信息显示不够直接,应用平台原生功能的模型检查方法效率较低,检查结果不够理想。针对平台原生功能存在的问题,本文探索了二次开发在模型结构检查中的运用。选取船体结构SFD模型中面板加厚方向判定这一典型检查场景为例,通过CAA和EKL混合开发实现了面板加厚方向的批量检查和模型修改,极大提高了模型检查的效率和准确性,实用性高。同时本文也为二次开发应用于船体结构模型检查提供了开发思路和主要技术路线。     

船用柴油机三维装配工艺可视化技术

针对船用柴油机装配具有复杂性的特点，装配工人按照纸质的装配工艺规程和二维装配示意图进行装配不直观的缺点，开发了船用柴油机三维装配工艺可视化系统。通过三维工艺仿真技术、基于MBD的三维信息定义技术、基于XML的工艺信息结构化表达技术，实现了装配信息的可视化表达；通过对teamcenter的二次开发，实现了装配工艺的可视化发布。最后以某船用柴油机中的典型安装工序机架正时齿轮端的中间齿轮安装为对象，验证了三维装配工艺可视化系统的有效性。该系统能够有效地提高装配工艺的直观性，提高工人的装配效率和准确度。     

长三角感潮河段通闸新途径的探讨

随着长三角感潮河段船闸船舶量的迅猛增加,研究新型口门船闸布置与运行方案很有必要。结合南通船闸的运行特点及存在问题,经研究提出了新的船闸布置方案,即在现船闸下游适当的位置增设一个闸首,使现船闸具有3个闸首、2个闸室及2个引航道,提出了新的通闸运行方案和新船闸方案的主要技术要求。     

某船用水箱内流场分析及箱体结构优化

以某船用系统用水箱及其内流体为研究对象,利用Flow-3D软件,采用VOF算法和RNG模型进行不同海况下的建模分析,通过优化设计水箱内隔板布置和开孔情况,有效降低船体动态摇摆对水箱内流体液位波动的影响。分析得到6级海况下最低液位满足要求时,对应水箱内的初始静态液位高度应不低于900 mm。然后,利用Abaqus软件并结合9级海况下的水箱壁面压力分布情况,对水箱进行结构优化和强度校核,得出水箱设计壁厚应大于12 mm的结论。研究结果可以为装船水箱设计提供参考依据。     

Development of a finite element modeling system for ship structures

In ship structural design, many structural analyses by the finite element method are carried out on models at several different scale levels; for example, a whole ship, cargo hold parts, and detailed structures. However, one serious problem with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is very difficult and laborious. To overcome this problem, an object oriented, finite element modeling system, MODIFY, has been developed by the authors. In this paper, the concept of the finite element modeling system and the techniques for the construction of the system are explained. First, the object oriented data structure of the system, based on the Part-Object concept, is proposed. In this concept, not only the geometry of the domain but also the analytical conditions, such as boundary conditions and material properties, and the finite element model, are represented by the object oriented data structure. By using this data structure, effective finite element model generation can be expected. Second, a mesh generation algorithm based on the frontal method is described. The original frontal method by S.H. Lo was improved for application to three-dimensional curved surfaces. A new inner node placement technique to make quadrilateral elements around stress concentrated areas is also proposed. These techniques are suitable for ship structures, and more accurate results from the finite element analysis can be expected. Moreover, the parallel mesh generation is implemented in MODIFY by using the client-server concept to accelerate mesh generation. Third, a prototype system for the automatic finite element model generation for different analysis levels is proposed. The system is based on the concept of the PD part, which is the part in the design and production stage, and automatic computing of the intersection between PD parts. The validity of this system is demonstrated by some examples.