悬链线构件的有限元方法

悬链线构件在船舶与海洋工程中是广泛存在的一种结构,无论是船舶码头旁靠、锚泊定位中的系泊线,还是各种系泊结构物中各种深海悬链线结构(如深海柔性立管、深海锚泊系统、复合材料悬链线立管等)的系泊力响应,对整个结构物都显得非常重要。其中,由于悬链线构件具有很强的几何非线性,其受力分析的精度对其运动响应的分析尤为重要。根据悬链线构件静力分析,得到悬链线单元的柔度矩阵,从而进一步推导出悬链线单元的刚度矩阵和单元节点力向量,最后以商业有限元软件ABAQUS的用户自定义单元(UEL)为工具,开发出悬链线单元。结果显示:运用此单元得到的简单悬链线结构的数值解与解析解完全一致,同时也基本符合实验结果,为解决各种复杂悬链线构件问题的直接计算法提供了一种新的思路。     

基于ABAQUS的DKMT单元开发

DKMT[1]是基于离散Kirchhoff一般方法发展的包含横剪切效应开发的三角形弯曲板单元,它有合适的秩,能通过分片检验而不会剪力自锁.这种单元可同时适用于薄板和厚板.文中应用有限元软件ABAQUS提供的自定义单元子程序接口（UEL）,编制了相应的接口程序,将DKMT单元引入ABAQUS中,供其主分析模块调用计算.通过算例对所开发单元进行了验证,结果表明,文中所开发的DKMT单元是正确的、可靠的,具有较高的计算精度.     

多浮筒悬链线系泊系统计算软件的开发及试验

构建多浮筒悬链线静力学模型,在此基础上进行系泊线姿态计算软件开发。应用均匀弦横向运动模型推导出悬链线方程,对多浮筒悬链线非线性方程组进行迭代计算,获得多浮筒悬链线系泊缆索姿态参数,并试验验证算法的正确性。研究表明:开发的多浮筒悬链线系泊系统计算软件在水平系泊力、系泊缆索参数、海底系锚泊位置、悬跨长度和浮筒规格一定时,能够准确输出系泊系统的真实形状,并准确判断浮筒在水中的位置,满足安装工程施工需求。研究结果可为多浮筒悬链线系泊系统动力分析提供参考。     

基于PCL的波浪载荷加载接口程序开发

为了提高全船强度计算时的波浪压力加载效率,提出一种PATRAN环境下的波浪压力自动加载的方法。结合PCL和FORTRAN语言开发一款接口程序,将三维水动力计算程序得到的波浪压力通过基于权重理论的线性插值算法转换到有限元模型上。该程序根据有限元单元与最近两个水动力单元的中心点距离计算确定对应的水动力单元和波浪压力,避免了向船体表面投影的方法可能引起的错误,保证了计算精度。     

深水管中管钢悬链线立管的非线性动力分析

立管技术是深水资源开发的关键技术之一。管中管钢悬链线立管具有同心的外管与内管，其外管提供机械保护，内管提供油气通道，内、外管之间按照一定的距离安装扶正器以保护绝热材料，在深水油气开发中具有较大的应用价值。充分考虑在位立管承受的复杂载荷条件泡括动边界、波浪与海流载荷、立管自重、海水浮力、管内外静压力），以及整体和局部非线性因素（包括摩擦、滑移、接触、间隙等），采用时域有限元软件ABAQUS实现管中管钢悬链线立管的建模与非线性动力分析。     

一般状态下悬链线方程的应用

建立悬链线方程,分析悬链受力及方程的解法,结合实例运用悬链线方程计算锚链参数,完成工程船在具体海况下的锚泊设备选型。     

基于Python语言的ABAQUS前处理程序在内凹蜂窝的应用

基于Python语言,在ABAQUS有限元通用平台上开发了用于内凹六边形负泊松比蜂窝结构自动建模的程序。内凹六边形负泊松比蜂窝力学性能的研究中,通常需要进行变参数的系列计算。为提高计算效率,首先对蜂窝进行离散和参数化表达,用Python语言开发蜂窝单胞结构自动建模的程序；在此基础上,进行双向阵列操作获得内凹六边形蜂窝结构；最后,通过与内凹蜂窝局部压缩试验结果的对比,验证了有限元自动建模方法的正确性。基于Python 的ABAQUS自动建模二次开发的思路,可以大大减轻变参数系列分析过程中的工作量,提高有限元分析效率。     

索链组合锚泊线静力分析

建立悬链线方程,分析组合锚索链的受力及方程的解法,结合实例运用悬链线方程计算组合锚索链的状态参数,为实际工程中两种成分锚泊线的锚泊系统的初步设计和选型提供依据。     

防风系泊系统系泊线张力的简化计算

针对防风系泊系统的特点,利用单系泊线系泊点水平距离与系泊力大小之间的关系,采用几何近似假设将承载时的系泊线形状近似为极限状态时的直线。首先利用悬链线理论中的假设,分析得到使用简化计算的条件与张力计算的简化公式,并应用到组合系泊线结构的求解。然后分析悬链线参数和垂跨比对张力计算结果及其误差的影响。最后通过2个算例分析,分别对单系泊线问题的悬链线法、近似抛物线法和简化计算方法的结果进行对比,并对典型防风系泊系统的组合系泊线进行计算分析。     

悬链线方程在FPSO锚系相关计算中的应用

基于悬链线方程的相关知识,对南海常见的由下部锚链和上部锚缆连接而成的FPSO锚泊系统,分别建立下部锚链和上部锚缆的数学模型并进行详细的分析.在两种已知条件下求解锚链和锚缆组成的悬链线方程,介绍了锚系姿态和张力的分析计算方法.最后对锚系悬链线方程求解方法在工程中的应用提出了建议.     

荷载场和氯离子扩散场共同作用下的钢筋混凝土构件分析

为讨论荷载场与氯离子扩散场的共同作用,引入考虑荷载作用下的混凝土损伤影响函数Fd,采用ABAQUS有限元软件的USDFLD子程序开发功能,在内置的Mass Diffusion模块中考虑荷载作用和力学损伤对氯离子扩散的影响,实现钢筋混凝土构件层次荷载场和氯离子扩散场的多物理场共同作用分析。结果表明:有限元计算结果和试验结果吻合良好;随着荷载比的增大,氯离子在混凝土中的扩散速度逐渐加快,且拉应力对氯离子扩散的促进作用远大于压应力。为探究氯离子在混凝土中的扩散规律提供了一种新方法。     

28000t多用途船首楼加强结构有限元强度分析

选取上海船舶设计院设计的28 000吨多用途船的首楼结构为研究对象,采用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件,针对船首各类局部加强结构分别进行系泊、拖带、锚绞机等强度校核计算。确保结构满足中国船级社规范的相关强度要求。同时结合规范以及其他同类文献对首部加强结构校核计算中的有限元建模与载荷施加的相关方法进行对比探讨,尤其论述了模型中的MPC(多点约束)单元的应用,为同类计算提供有益的参考。     

安装载荷下脐带缆的抗压抵抗力参数研究

脐带缆作为水下生产系统进行油气资源开发的关键结构之一,在安装过程中的脐带缆受到动态的拉伸载荷和张紧器挤压载荷,保障脐带缆的安装下放过程的结构安全有着重要的工程应用意义。本文应用ABAQUS建立脐带缆有限元模型,充分考虑脐带缆内部各构件之间的相互作用,研究不同张紧器角度与不同摩擦系数下脐带缆的抗压抵抗力性能。结果表明,张紧器与脐带缆之间的摩擦力随着摩擦系数、和张紧器夹角增加而增加,基于此提出可通过优化张紧器夹角及张紧器与脐带缆间的摩擦系数来降低深水对于脐带缆安装的限制。     

浮标系统运动响应的时域模拟

采用悬链线理论精确地计算浮标漂移量与锚链力的关系曲线;通过B样条拟合求得锚链张力;从而达到锚泊系统的时域快速精准模拟。本文对于锚泊-浮体系统的研究有一定的指导意义。     

深水作业船锚索锚泊性能研究

为了探索深水作业船的锚索锚泊性能,运用悬乖线理论分析了钢索和复合锚索的无因次长度、重量与位能,推导出了钢索和复合锚索位能对外力导数的公式,从锚索静载荷角度研究了钢索和复合锚索吸收动载荷的能力.模拟计算结果表明,与钢索相比,复合锚索对增加卧底锚索重量、保持锚的稳定性和抓力是有利的,对减小锚泊船漂移范围也有益处,但吸收动载荷能力下降.复合锚索中设置的锚链的长度取1节(27.5 m)为宜,锚泊时甲板以下锚索长度以2.5～3.0倍水深较为合适.此结论对深水作业船的锚泊操纵有一定的参考意义.     

铺管船锚泊定位系统优化设计研究

分析了铺管船锚泊定位系统的结构和它在海洋中的受力情况,研究了锚索悬链状态的特性.提出了锚泊定位系统的二次规划优化算法.目标函数定义为受力锚索的拉力的两两水平力差的平方和,受到线性等式或不等式锚索拉力的约束.求解采用Lagrange乘子法或凸二次规划的互补主元法.用面向对象的VC++工具开发了锚泊定位系统软件.对某铺管船的锚泊定位系统实例进行优化计算,得到满足环境力条件下锚索所承受的力和锚点位置,达到了设计要求.     

大型舰船系泊防台风方法探讨

分析码头常规缆绳系泊、链索系泊、水鼓系泊方式的工作原理和应用特点,其中,码头链索防台系泊是一种新的系泊方式,还有待进一步研究,认为大型舰舶应根据自身的条件和系泊环境条件,选择恰当的系泊方式,以保证舰船系泊安全。