四面体方法在子母船浮态和稳性问题中的应用

子母船的横截面存在不规则非连通域，造成传统算法在浮态和稳性计算应用中存在较大困难。对此，提出一种计算子母船浮态和稳性的新方法：将子母船剖分成多个四面体，将四面体与水面的切割关系归为5种，计算每个四面体的体积和体积心，汇总得到整船排水体积和浮心坐标。在浮态计算方面，通过建立优化设计数学模型，求解得到水面方程。在稳性计算方面，通过求解浮力与重力作用线之间的距离得到稳性恢复力臂。通过数值算例对某登陆舰进行典型工况下的浮态和稳性进行计算。结果证明：该算法不需要计算横剖面几何要素即可得到子母船的排水体积和浮心，能避免子母船浮态和稳性的计算困难；该算法可单独建立子船和母船的四面体模型，通过“自由组装”的方式进行整船建模，在多工况建模时能体现出较强的优势。     

软性气囊在滑移下水导管架中的应用方法探讨

针对大型导管架设计过程中常遇到的剩余浮力比不足的问题,按滑移下水导管架的设计技术要求,总结滑移下水导管架的设计难点和要点,提出借助软性气囊来助浮导管架下水,以取得良好的下水轨迹和漂浮状态,针对具体工程项目,数值模拟验证以软性气囊取代钢性浮筒的技术可行性。     

导管架/驳船联合体下水过程中的完整稳性

在分析导管架下水运动状态的基础上，考虑下水过程中导管架入水后对驳船浮态及稳性的影响，提出了将导管架与驳船视为联合浮体进行稳性计算的方法，并给出了相应的浮态及稳性臂计算方程。采用坐标变换的方法对导管架入水后排水体积及浮心坐标的计算给出了详细的推导。     

海上风电三筒导管架基础浮运特性研究

三筒导管架基础结构本身可提供一定的浮力,可浮运至指定施工地点,在浮运过程中受吃水深度、波浪等因素的影响较为复杂,因此有必要对此展开深入的研究.该文通过模型试验对三筒导管架基础在不同吃水深度下浮运的运动特性进行了研究并运用数值模拟补充分析了波流耦合作用对基础浮运特性的影响.研究结果表明吃水深度的增加会提高拖航稳性但是会增...     

深水导管架上部模块浮托安装过程疲劳分析

深水导管架在海上浮托施工设计中存在高撞击力,撞击力幅值过大会使某些关键杆件产生超应力,导致局部节点产生低周疲劳,给导管架的使用寿命带来不利影响。对此,介绍深水导管架浮托法安装过程中的疲劳损伤计算方法,涉及边界条件的处理和拖船、上部模块及导管架之间载荷传递的模拟,结构响应计算,节点疲劳估算等。应用不同的S-N曲线,分别考虑高周和低周疲劳,计算某导管架上部模块在安装组对阶段其桩腿与上部模块对接位置的疲劳损伤。对计算结果显示的薄弱位置进行加强,从而为浮托安装作业提供技术指导和安全保障。     

导管架下水系统三维模拟数学模型

分析导管架下水系统(导管架、驳船和摇臂)的三维运动,建立系统的三维力学模型,并用解析的方法通过对约束求导数给出系统的约束方程,得到导管架下水系统的完整的数学模型,使导管架下水参数计算更精确,模拟更真实.对数学模型进行分析,给出了模型的求解方法:将非线性方程组重新组合成多个线性方程组,用迭代方法和预估-校正方法相结合求解方程.     

船体及破损舱与任意水线的交点处理

船体静力学性能需要大量计算任意浮态下船体及破舱的水下几何要素。这些几何特性的计算，最后可归结为，船体(包括破舱)与任意浮态下的水线面求交之后，求由船体与水线面所围封闭空间几何体的几何特性。求水线下的船体与破舱的几何特性的关键问题，就是水线与一组船体横剖面及破舱的横剖面之间的线线求交。结合实际应用情况，对所有可能的交点分布形式进行了补充与完善．使得船体和破舱与水线求交统一为一个过程，要素计算统一为一个过程，具有较大的工程意义。     

基于四面体网格的静稳性力臂计算方法

介绍了基于四面体网格的船舶静稳性力臂计算方法。在分析四面体几何特性及其与水平面的剖分关系后,提出了一种新的静稳性力臂计算方法。计算和分析表明,这种计算方法切实可行。     

基于四面体网格的船舶静水力计算方法精度研究

四面体方法非常适合分析多凸体(浮式海洋平台、子母船和半潜船等)结构的浮态问题,该方法已经在多个工程领域进行了应用,但是对其静水力计算方法的精度研究还未见报道.文章首先介绍了基于四面体网格的静水力计算方法,然后通过椭球算例研究了典型静水力参数的计算精度与单元尺寸的关系.算例选取了 5种不同的单元边长,针对浮体的3个典型静水力参数,进行精度分析.试验结果表明,四面体算法的精度控制水平与Maxsurf大致相当,当单元边长取为主尺度最小值的5％时,该算法即可取得满意的精度.     

大型浮托安装驳船在极浅水中的运动特性和触底条件分析

结合我国渤海锦州9-3油田新建导管架平台的实际工程背景,针对大型浮托安装驳船在极浅水条件下运动性能和触底现象开展数值计算和物理实验研究。通过两者之间的相互对比,验证了计算结果的正确性。实验中观察到驳船的浅水效应现象,并对该现象的产生原因进行了分析。结合实际海域的海洋环境条件,开展敏感性分析,得到驳船在不同海况下的运动特性,并对驳船是否会发生触底进行了评估。研究结果为保障极浅水条件下,导管架组块浮托安装实际工程的安全应用提供了有力支撑。     

求解外域辐射和散射声场的分形有限元方法

应用二级分形有限元方法计算了外域声场.用一人工边界把外域声场分为两部分,人工边界以内使用常规有限元方法,人工边界以外的无限大区域使用分形有限元方法.使用分形有限元方法,一方面形成几何自相似网格使得相邻层之间的单元刚度矩阵和质量矩阵具有非常简单的关系,另一方面引用自动满足无限远辐射条件的全域插值函数把节点自由度变换为一组广义坐标,因而计算量可以大大减少.数值计算结果表明:该方法对于计算无限大外域声场是有效的.     

船舶压载水系统有限元仿真模型研究

利用有限元方法,基于流体力学基本原理建立了船舶压载水系统的仿真模型。压载水系统仿真模型包括管路子模块和稳性调节子模块。在管路模块中,利用有限元的方法将整个管路划分为有限个管元和节点,根据流体力学基本原理建立起总体管网的矩阵方程式,从而计算出整个管网中所有节点的压头值和每个管元中的流量值。在稳性调节模块中,利用小倾角公式,计算出船舶的稳性参数横倾角和纵倾角。在建立的仿真模型的基础上,实现了船舶压载水系统调节过程的仿真。仿真结果表明,建立的仿真模型可以实时反映出船舶压载水系统的调节过程。     

索结构六节点等参元非线性有限元法

针对索结构几何非线性的特点,提出了一种六节点等参数单元有限元模型,采用5次多项式作为位移插值函数及单元初始形状函数,假定索是理想柔性,且满足胡克定律,基于修正的Lagrangian坐标描述法,建立了非线性有限元基本方程和切线刚度矩阵,利用Newton-Raphson法进行求解。     

LNG加注船液货舱区域温度场有限元分析

以6 000 m3 C型独立式液货舱液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)加注船为研究对象,利用Patran软件的热分析模块,使用有限元法对液货舱区域温度场进行数值模拟.计算过程主要考虑传导和对流,对计算模型加以合理简化,根据热力学理论计算出热对流换热系数,使用Patran软件建模并进行有限元...     

新型艉轴密封装置的有限元分析与设计

利用ANSYS软件对新型艉轴密封结构进行了有限元分析。首先利用非线性壳单元、层合壳单元以及实体单元建立了艉轴密封结构的有限元模型,在此基础上确定了弹簧金属片的最大应力区域、得到了弹簧组结构的刚度曲线、补偿量-比压曲线,最后对艉轴密封结构在轴向、径向周期激励共同作用下的振动特性进行了分析,并讨论了弹簧金属片形状及厚度对结构密封性的影响。数值结果表明了该新型艉轴密封结构的实用性。     

基于有限元的轴系回旋振动响应计算及试验

为更好地了解轴系振动对舰船声辐射的影响,以某台架轴系为研究对象,基于Workbench软件建立仿真分析,对轴系回旋振动涡动频率及响应和轴系振动对轴承基座的影响进行研究.研究表明,有限元法计算所得回旋振动的固有频率与传统的传递矩阵法结果一致.通过轴系激励力的分析,给出有限元法回旋振动响应的分析方法,获取轴系振动的位移响应...     

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.     

弹性通舱管件设计研究

为减少振动能量沿管路的传播,设计了海水管路和一般管路的弹性通舱管件.对这两型弹性通舱管件制订了技术参数,进行了多种方案对比分析后,各确定了两种方案.然后根据实船使用状况对这两型方案采用有限元法进行了静力分析、密性分析和隔振性能分析,还进行了疲劳试验.结果表明:对于通舱管件,在过流件和安装件之间嵌入减振橡胶这样一种设计形式,有效地降低了管路系统振动噪声由通舱管件向舱壁和船体的传递;并能在保障该产品功能和安全性的同时,满足所确定的各项性能参数和声隐身性能等技术要求.该弹性通舱管件可靠性高、减振性能好,并且满足上船安装和使用的相关要求.     

舰船EMC可视化的前置处理研究

建立三维物体的电磁模型是电磁计算及其可视化的重要前提,文中采用有限元法对舰船的几何模型进行网格剖分,生成的电磁模型能比较好的满足电磁计算的要求。在进行网格剖分前,对几何模型进行规则、整合、简化,排除畸形单元,再借用现有的有限元软件ANSYS对模型进行有限元网格划分,生成满足电磁计算要求的三角形或者四边形网格。     

路面结构计算的有限元混合法

（目的）采用一种新的方法进行路面结构计算。（方法）利用有限元混合法可以解决路面结构中的弯沉值和弯拉应力等的计算问题。（结果）有限元混合法考虑了弹性体各结构层间的材料异性和接触状态,而在其接触面引入了成对的接触点对,以表现其接触的过程。在形成接触体系的刚度矩阵后,可以求解出弹性体接触内力,进而完成全部问题的求解。（结论）该方法对各结构层单元的位移求解完成后,通过物理方程便可以计算出单元的应力,对路面结构计算具有一定的参考价值和指导意义。