三维网格重划分技术及其在焊接数值模拟中的应用

在结构焊接数值模拟中,运用热弹塑性有限元方法进行分析的主要问题是计算时间长、内存需求大.由于热影响区具有高度的非线性特征,温度、应力应变梯度较大,单元应当划分得很细;而远离焊缝的绝大部分区域仍然处于线弹性状态,单元可划分得相对较粗.这样就可对焊接构件不断进行网格重新划分,使细密的网格随着热源一起移动,从而减少计算的规模.研究了三维六面体网格重划分技术,进行不同网格之间的变量映射,实现模型网格重划分前后分析步的衔接.对平板和圆管的焊接分别进行了网格重划分和完整网格模型条件下的数值模拟,提取了焊接温度、焊接变形和残余应力.结果表明,网格重划分技术在保证计算精度的前提下,提高约30%的计算效率.     

大范围变速运动时变冲击面载荷作用下板架结构冲击响应分析

针对板架结构上的大范围变速运动时变载荷冲击作用问题进行研究,运用微小时段内冲量等效的原理,推导出将大范围变速运动时变载荷转化成若干个"载荷经过小区域"上的非移动载荷的计算公式,给出了载荷等效的误差估计与控制公式,在此基础上进一步提出了对板架结构进行冲击响应分析的有限元建模方法.基于该方法,计算了一个冲击载荷在1.68内移动32m的板架结构冲击响应问题.发现:受"大范围变速运动载荷"作用结构的响应,在时间域上可分为3区域:载荷到达前的响应、载荷经过时响应、载荷经过后响应.3时段响应中,以载荷经过时响应为最大,但历时最短.     

局部载荷作用下四边固支矩形板弹性解答及其应用

针对局部横向载荷作用下四边刚性固定矩形板,运用能量法推导出板中挠度解答方程组,利用Matlab编程求解,可计算得到任意矩形板尺寸及横向载荷尺寸下弹性阶段的变形,将结果与有限元数值解进行对比,证明了该方法的精确与快速性,并将该公式应用于极地船舶冰区加强区域外板强度的快速校核中。     

基于ANSYS的单面湿板的瞬态响应分析

为探究弹性板和液体之间的液固耦合问题,采用有限元方法计算液舱模型中单面湿板的受激振动响应,利用约束其他弹性板的全部自由度来模拟刚性及固支边界,保证液固交界面的完整建立.数值计算表明,液高比对单面湿板的受激振动响应影响显著.在载荷作用时振动响应的峰值相同,均为载荷作用区域,且不同充液比时弹性板的受激振动响应的空间分布类似...     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

边界尺寸对爆炸冲击载荷作用下薄板响应影响仿真研究

舰船舱室在遭遇反舰武器攻击时会受到高强度冲击波载荷对舷侧板的毁伤作用。对不同边界尺寸下的薄板在爆炸冲击载荷作用下的挠度变化的时间历程响应进行理论分析和数值模拟。根据板的弹塑性变形理论,通过能量法建立修正后的薄板在爆炸冲击载荷作用过程中的动态响应方程,并通过数值模拟建模仿真计算与理论计算值及试验值对比,验证在不同边界尺寸下该理论计算方法有较好的可靠性及精确度。     

船舶开孔梁局部屈曲的无网格MLPG分析方法

[目的]针对船舶开孔梁板易产生局部屈曲效应、受到较高的集中载荷作用会产生明显的结构响应和屈曲破坏力的问题,提出采用无网格数值方法对该类问题进行数值分析。[方法]首先,以问题域离散节点为基础建立其紧支函数,运用加权余量法建立系统位移场离散方程,并由移动最小二乘法构造离散节点的形函数,以获得位移函数的逼近函数;然后,结合经简化的屈曲评估法,将屈曲方程特征值求解进行降阶处理,得到更为精确的屈曲载荷因子;最后,进行算例演示,比较所提方法和传统计算方法并进行验证。[结果]结果显示,所提方法有效,其结果与原结构有着更高的契合度。[结论]针对开孔板梁的无网格法数值分析特性可为分析各种形状的蜂窝状板梁结构提供一种新的思路。     

基于局部横向强度要求的船舶侧向承载板厚度设计研究

液体的压强作用一直是船体外板、液舱舱壁等位置板厚设计的主要考虑因素之一,且可归结为局部板格在侧向载荷作用下不屈服的安全衡准问题。结合理论分析及非线性有限元数值计算,对于受侧向载荷作用的局部板格极限强度的影响,探讨了包括边界条件、大挠度问题及相应的薄膜效应等各种影响因素,论证了一种优化的受侧向载荷作用的船体板厚约束设计公式,该公式经济适用且安全。整个探讨过程为船体结构规范的进一步完善提出了建议。     

船首外飘砰击强度评估方法

通过分析三维板架入水砰击的结构动力响应,引入等效静力系数,建立板架结构入水砰击的等效静力分析方法。系统地改变计算参数,分析了冲击速度、入水角度、网格尺寸、边界条件等因素对板架应力峰值和等效静力系数的影响,进而提出了一种评估船首外飘结构砰击强度的方法。该方法可以反映砰击载荷作用下局部板架的动态效应,又避免在单纯利用板架模型评估时,板架边界设置对应力响应峰值的影响。     

爆炸载荷下矩形板弹塑性动态响应研究

舰船结构在受到高强度爆炸载荷作用时的破坏形式主要是板架的塑性大变形和撕裂。对四边约束矩形板在爆炸冲击波载荷下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究。基于板的大挠度变形理论和能量守恒原理,建立了矩形板在爆炸载荷作用下发生塑性大变形的弹塑性分析方法。将理论计算与试验及数值计算进行对比,表明弹塑性分析方法有较好的计算精度和适用性。可用于计算舰船局部结构对舱内爆炸冲击波的响应,为舰船的抗爆设计提供理论依据。     

一种适用于陡波条件下研究半潜平台周围波浪非线性爬升效应的计算方法

陡波条件下波浪沿柱体的非线性爬升效应一直是水动力学研究的热点问题,并成为半潜平台气隙预报的一个重要方面.文章基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水槽,采用类似于深水试验池的摇板造波方式生成波浪.详细研究了多种网格划分形式,并与试验测量值进行对比,确定了最优的网格划分方案,同时保证了数值方法的可行性.随后,在该数值水槽内对半潜平台周围波浪爬升效应进行了数值模拟.整个流域采用分块耦合网格划分技术,全部生成六面体结构化网格,提高了迭代运算的速度和求解的精度,并可捕捉到更为光顺的自由液面.结果表明,该方法能够对平台周围的波面分布进行详细的数值模拟,并预报出波浪非线性较强的区域,为模型试验前确定浪高仪的安装位置提供了重要依据.计算得到的波面分布和模型试验相似,进一步证明了该数值方法模拟波浪绕射和爬升等现象是可行的.此外,文中还从物理现象上模拟并分析了波浪沿立柱的绕射和爬升过程,可为今后进一步研究波物之间的非线性相互作用提供参考.     

船体分段吊装眼板有限元细网格快速生成方法

提出一种船体分段吊装眼板有限元细网格快速生成方法,在粗网格基础上对吊装眼板几何模型进行网格细化。建立吊装眼板有限元网格细化流程,确定细化区域,划分细化区域,控制节点间距,生成细网格,并进行实例分析。结果表明,该方法可较大地提高船体分段吊装眼板的建模效率。     

大开口双层板架模型屈曲失效简化方法研究

本文开展了含大开口结构的双层板架模型轴向受压稳定性实验,采用非线性有限元软件ABAQUS,建立了甲板大开口双层板架模型,开展了该模型在轴向压缩载荷作用下的屈曲失效过程的数值计算分析,数值计算结果和试验吻合较好。在此基础上,根据甲板结构屈曲失效诱因,将双层板架模型简化为单层板架局部模型,并分析了简化模型在轴向载荷作用下的屈曲破坏路径与极限承载能力。结果表明,简化后的加筋板模型能有效模拟双层板架模型的失效模式,为大开口甲板板架稳定性分析提供了新思路。     

冲击载荷作用下Q345钢失效应变与单元尺寸关系研究

冲击载荷作用下结构的损伤破坏仿真计算中，材料的失效应变取值与单元尺寸具有很大的关系。为建立冲击载荷作用下结构失效应变与单元尺寸之间的关系，本文以开展的Q345B钢各类力学性能试件（压缩、扭转、拉伸等）获取的材料失效应变为依据，借助数值仿真手段，研究各类试件网格尺寸对失效应变影响关系，并进一步依托开展的弹体穿甲试验、简单方板冲击试验、近场爆炸下舰船毁伤破坏试验，建立三类典型冲击问题中单元失效应变取值与尺寸之间的对应关系。计算结果表明：网格尺寸对单元失效应变的影响主要在于单元尺寸可改变结构变形过程中局部塑性变形分布区域的分布度；不同冲击载荷作用下，由于所使用的单元类型及受力状态存在一定的差异，需针对各类冲击问题分别建立单元失效应变与网格尺寸之间的关系。研究成果可为后续数值仿真计算中单元失效应变的选取提供指导。     

搁置脚载荷作用下的甲板压力分布特征实验和数值分析

[目的]船舶上装载物的搁置脚与甲板之间存在着复杂的接触关系,不能简单地将搁置脚载荷视作均布载荷来处理。为探讨在搁置脚载荷作用下船舶甲板结构的压力分布,[方法]以某大型装备的搁置脚为例,首先采用有限元方法对其进行非线性接触数值计算,并分析在甲板板上的压力分布特征。然后,通过实验验证搁置架与甲板的接触力分布规律,并在此基础上提出一种运用等效轮印载荷代替搁置脚载荷的简化计算方法,以此将复杂的非线性接触计算转化为线弹性计算。[结果]结果表明,搁置脚与甲板之间的接触力主要分布在强横梁处和搁置脚前端,其中搁置脚前端的接触力使甲板板具有较大应力,该应力约占总载荷的25%;实验结果与数值计算结果吻合较好。[结论]所提简化计算方法对此类甲板设计及强度计算具有较好的实用性。     

1.6万标准箱集装箱船外飘砰击及结构强度计算研究

超大型集装箱船面临首部特殊型线与高航速所带来的不容小视的首部外飘砰击载荷作用。文中以1.6万标准箱集装箱船为例,首先基于时域Rankine源法计算集装箱船的非线性运动响应;然后预报首部区域发生外飘砰击的概率和砰击压力极值;最后考虑外飘砰击对首部局部区域的作用,对1.6万标准箱船的首部结构进行了有限元分析,评估船体结构承受外飘砰击载荷的能力,为首部结构设计提供参考依据。     

船体结构强度评估的非线性设计波法研究

介绍了一套基于非线性设计波法的船体结构强度评估方案,并以某深水多功能水下工程船为例:基于谱分析方法确定设计波参数;采用DNV船级社推出的Wasim这一基于Rankine源方法的时域线性/非线性船体运动与载荷预报程序,计算并获得船体在非线性设计波下的运动、载荷时历响应;采用Fortran编写接口程序,将Wasim计算得到的水动力网格上的水动压力信息,通过空间映射及插值,传递到Patran有限元网格上;采用MSC.Patran/Nasrtan这一船舶与海洋工程专业常用的有限元软件,计算获得非线性设计波下船体结构应力时历响应,可与线性设计波方法下的计算结果进行了比较。该研究验证了在船舶结构设计中考虑波浪载荷非线性影响的重要性,可为船体结构基于非线性设计波法的强度评估提供参考。