非对称围壁加强对耐压圆柱壳孔口应力影响分析

由于单壳体水下航行器开孔加强结构受到外形限制,需采用非对称的围壁进行加强。本文采用数值分析方法,建立典型单壳体开孔非对称围壁加强结构有限元模型,开展仿真分析研究。通过调整非对称围壁高度,对比分析圆柱壳开孔孔边应力值,研究不同高度围壁对于孔边应力集中的影响,获得了非对称围壁加强结构的应力变化趋势,并与对称围壁加强结果进行对比,探究了适用于非对称围壁加强的设计方法,为以后工程设计提供技术支撑。     

耐压圆柱壳开孔采用非对称围壁加强解析解与有限元解对比分析

单壳体水下航行器开孔加强结构由于受到外形限制,往往需采用非对称围壁结构进行加强,传统解析解给出了对称围壁加强的计算方法,但其是否适应于单壳体水下航行器单边加强(加强围壁外伸部分非常短)的结构有待研究。本文针对典型单壳体开孔非对称围壁加强结构,开展解析解分析与有限元仿真分析的对比研究。通过调整非对称围壁相关参数,对比解析解与有限元解的圆柱壳开孔孔边中面周向应力与围壁中面周向应力值,分析围壁不同参数对于孔边应力集中的影响规律,对解析解与有限元解偏差原因进行了探讨,为工程设计提供参考。     

横向围壁设置对大跨度双层甲板弯曲特性的影响分析

针对大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的特点,探讨在2层大跨度单层甲板之间设置若干横向围壁,使其形成大跨度双层箱型甲板,并采用结构有限元数值分析方法对其进行计算,讨论设置横向围壁对大跨度双层甲板弯曲特性的影响。文中给出横向围壁间距与大跨度双层甲板变形和应力的关系曲线,引入了用于横向围壁结构初步设计的横向围壁载荷与其间距关系的有效承载系数。研究结果表明:设置横向围壁的大跨度双层甲板,可解决大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的问题。     

横向围壁设置对大跨度双层甲板弯曲特性的影响分析

针对大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的特点,探讨在2层大跨度单层甲板之间设置若干横向围壁,使其形成大跨度双层箱型甲板,并采用结构有限元数值分析方法对其进行计算,讨论设置横向围壁对大跨度双层甲板弯曲特性的影响.文中给出横向围壁间距与大跨度双层甲板变形和应力的关系曲线,引入了用于横向围壁结构初步设计的横向围壁载荷与其间距关系的有效承载系数.研究结果表明:设置横向围壁的大跨度双层甲板,可解决大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的问题.     

切断一根肋骨的圆柱壳开孔应力分析

潜艇耐压壳体上大的开孔常常切断一根肋骨,并且用围壁进行加强.目前,环肋圆柱壳上用围壁加强的圆形开孔强度计算所用规范中的公式,是针对用围壁加强的不带肋骨的圆柱壳开孔推导出来的,而肋骨对孔口的应力集中是有影响的.本文用有限元方法对环肋圆柱壳上切断一根肋骨的用围壁加强的正交单圆孔,在静水外压下随开孔直径和加强程度变化的应力大小及分布规律进行了数值分析,发现孔边壳板中面应力与光圆柱壳开孔接近,但最大中面周向应力处弯曲应力很大;当加强程度大时,孔边壳板最大表面纵向应力超过最大表面周向应力,断肋骨面板应力很大.     

基于Ansys/AQWA的极大型浮式结构总体强度分析

以极大型浮式结构的单模块为研究对象,采用大型通用有限元软件Ansys/AQWA进行极大型浮体水动力响应分析并预报波浪载荷,进而调用ASAS模块进行极大型浮体总体强度分析。分析结果表明:极大型浮体3个连接部位,即横撑与下浮体围壁连接处,立柱外壳与上箱体底板连接处和立柱外壳与下浮体外板连接处出现了较大的应力集中,其中横撑与下浮体围壁连接处的应力值可能已超过许用应力。因此,对横撑与下浮体围壁连接处进行结构加强,采用Ansys/AQWA对结构改进后的极大型浮体进行总体强度分析,并与改进前的结果进行对比。从对比结果可知:通过结构的改进和加强,横撑与下浮体连接处的Von Mises应力普遍下降。本文的研究成果将为极大型浮体后续的疲劳分析提供重要的理论基础。     

复杂船舶围壁传热系数取值探讨

采用数值模拟软件对几种复杂船舶围壁进行稳态传热计算,并将计算所得围壁传热系数与相关标准提供的计算值进行对比.结果表明,采用数值方法计算得到的复杂船舶围壁传热系数与相关标准提供的参考值相比差异很大.计算结果也表明：空气层厚度对船舶甲板围壁的传热系数影响较大,而对垂直围壁的传热系数影响较小;隔热材料的导热系数对垂直围壁的传热系数影响较大,而对甲板围壁传热系数的影响较小.相关标准直接笼统地给出了各种类型船舶围壁的传热系数,而对围壁空气层厚度及隔热材料导热系数等未作详细说明,在对围壁传热量进行计算时采用标准推荐的传热系数会出现较大偏差,建议针对具体的船舶围壁,通过数值模拟或实验来获取围壁传热系数.     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

长甲板室端部应力集中分析及优选设计研究

针对长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处的应力集中问题,采用结构有限元数值分析方法,探讨在空间布置受到限制的条件下,应力集中交界处圆弧型肘板臂长、圆弧半径等参数变化对应力分布和大小的影响,并得到降低应力集中系数的圆弧型肘板参数的最佳值。文中根据研究结果,对某艘实船的长甲板室纵向围壁端部与主船体露天甲板交界处圆弧型肘板进行优选设计,有效地降低了该处的应力集中水平。     

垂直围壁对爆炸载荷作用下固支方板动力响应特性影响分析

采用数值仿真方法研究了垂直围壁对爆炸载荷作用下固支方板动力响应特性的影响.提出包含角的概念来反映围壁高度的变化.采用控制变量法对264组具有垂直围壁方板模型的动力响应进行了计算,分析了包含角、炸药质量、板厚、相对爆距等变量对方板所受爆炸冲量和中心点位移的影响.结果表明,垂直围壁会增大目标方板所受爆炸冲量,当围壁高度增大到一定程度后,爆炸冲量趋于一定值;无量纲冲量-I仅与包含角和相对爆距有关,并提出了相应经验公式.文中同时提出了一个考虑垂直围壁影响的中心点挠厚比计算公式,并对其适用范围进行了讨论.     

开孔围栏问题有限元分析

开孔是耐压船体舷侧不可缺少的结构,开孔后一般采用圆柱形围栏加强,围栏高度及安装尺寸依开孔半径确定.利用MSC/PATRAN软件对开孔围栏问题进行有限元分析,研究正交开孔下围栏半径、高度以及安装尺寸对开孔区域应力的影响.     

多用途船舱口围设计及有限元计算

多用途船是一种能载运多种不确定性货物的船型,超大开口是此种船的最大特征。以12 500 DWT多用途船为例,阐述了大开口多用途船的舱口围结构设计。针对多用途船开口大,容易导致变形的问题,对全船舱口围进行有限元建模计算,对结构进行综合分析,探讨对强度影响比较大的工况并作有效加强,使结构设计合理化。     

超大型油船溢油防护结构设计研究

介绍了超大型油船设置溢油防护结构的重要性,详述了溢油防护结构涉及的入级规范、国际公约、规则及其他相关要求,列举了油船常见的几种溢油防护结构型式,分析了它们的优缺点,总结了首、中、尾各区域溢油防护结构设计的相关细节和要求,验证了甲板面上被圈围起来的液体形成的自由液面对船舶初稳性高影响甚微,得出了溢油防护结构的设计需要在总体布置时有所考虑,在结构设计时进行细化的结论。     

开孔球形耐压壳力学特性及疲劳分析

深入研究7000 m水深下球形耐压壳的力学特性及疲劳寿命.首先,对完整球形耐压壳进行强度及稳定性分析;其次在完整球形耐压壳的基础上,根据潜水器设计规范对其进行开孔加强设计;最后对开孔加强球形耐压球壳进行强度与稳定性以及疲劳寿命分析,并同时与完整球形耐压壳进行对比.研究结果表明,开孔对球形耐压壳影响较大,与完整球形耐压壳相比,强度下降了9.4%,稳定性下降了19%,疲劳寿命下降了32.4%.研究成果可为深海球形耐压壳开孔开窗设计提供参考.     

Use of a 3D compartment model for simplified full ship FE model. Part II: validation of the simplified FE model

This is Part II in a series of papers. Part I (J Mar Sci Technol 13:154–163) deals with an approach employed to construct a simplified FE model using a 3D compartment model available from the beginning of the ship design process. This paper begins by describing the limitations of an analytical approach based on shear warping beam theory for assessing torsional strength. Next, the structural parts of a container ship that have a negligible effect on hull girder bending strength and torsional strength are determined. This is verified by removing these parts from a conventional FE model and comparing the results obtained using this modified model with those yielded by the original model. The fore end part, the aft end part and the deck house are examined. Since these parts have complicated structures and relevant drawings for them are issued later than cargo structure drawings, modeling them exactly can result in a delay in the completion of the full ship FE model. This paper also verifies the validity of the simplified FE model built by applying the method proposed in Part I and comparing the results obtained with it with those given by a conventional full ship FE model. The stresses on hatch coaming top, the maximum diagonal elongations of the hatch coaming, and the maximum hatch corner movements are evaluated to check the validity of the simplified model.     

深海载人潜水器有开孔耐压球壳的极限强度

钛合金制深海载人潜水器耐压球壳属中厚度壳结构,上面设有人孔、观察窗等多个开孔,加工建造过程中又会产生初始缺陷,因此,这类结构的极限强度乃是设计者所必须关注的问题.本文利用ANSYS软件对上述有开孔耐压球壳的极限强度进行非线性有限元分析,计算了局部缺陷范围及幅值的变化对壳体极限强度的影响.计算结果表明,有围壁加强的开孔耐压球壳与无开孔耐压球壳的极限强度相差不大.     

多用途船边克令吊筒体与舱口围连接研究

就多用途船边克令吊与舱口围结构的连接提出两种方案,有效解决局部节点的应力集中。利用FEMAP有限元软件分别就吊重能力为80t和200t的克令吊对两种方案进行验证计算,并对计算结果进行了分析对比,其结论对类似的结构设计以及舱口围结构连接研究具有一定指导意义。     

某散货船舱口围肘板趾端开裂原因及节点优化方案分析

文章首先分析了某46 000 DWT散货船纵向舱口围端部肘板趾端开裂的原因,根据分析结果提出了节点优化方案;采用有限元直接计算的分析方法比较了修改前后节点的应力状况,并进行验证;提出了舱口围端部肘板修复时切割、装配和焊接的要求。研究结果为散货船舱口围板高应力区域的节点设计提供了理论和实船验证依据。     

大型集装箱船舱盖布置适应性研究

随着国际航运市场的发展,大型集装箱船不断涌现。文章拟通过分析大型集装箱船的船体变形,研究如何对舱盖板进行合理分块,协调布置舱口盖相关装置,以充分满足航行过程中舱口盖适应船体结构大开口变形的问题。     

集装箱船扭转强度和加强方式研究

介绍约束扭转计算原理,分析集装箱船的结构和受力特点,利用MSC/Nastran软件探讨了集装箱船的扭转强度计算方法。在现有结构形式的基础上,提出几种可能提高结构扭转强度的结构加强方案,通过有限元分析比较各方案对于增加同样重量的钢料船体结构中翘曲应力变化情况,比对抗扭效果,研究在考虑成本基础上提高集装箱船抗扭强度的加强方案优先顺序,结果显示对于支线型集装箱船增加舱口围厚度可更有效提高其抗扭强度。