基于有限元的舰船推进轴系合理校中计算方法

  目的  目前的轴系安装多采用手工吊装模式,安装过程需要耗费大量人力和工时,也不便于维修和调整。为提高轴系安装作业的自动化水平,设计一种特殊的六自由度并联式平台,用于实现轴系的智能安装。  方法  建立基于传感器的观测模型,利用三边质心定位算法对轴段进行定位,计算平台与轴段接触点的位置条件,通过分析平台各种工况极限位置条件得到轴段工作空间。  结果  据此可预估轴段安装现场工作空间的安全性,有效避免装配作业时不必要的损坏,  结论  为工程应用提供理论指导和技术支持。     

基于有限元法螺旋槽船舶尾轴承结构优化设计

针对水润滑橡胶尾轴承的结构尺寸优化问题,设计了圆弧形、矩形、燕尾形3种不同形式的螺旋槽尾轴承,基于有限元静力分析和模态分析,应用Solid Works Simulation对3种不同形式的螺旋槽艉轴承模型进行结构优化设计。结果表明,通过优化3种不同形式的螺旋槽外形结构尺寸,对各自尾轴承优化设计结果具有一定的影响,且可以得到最为理想的最优尺寸参数。     

基于三维有限元的DCM平面布置对边坡稳定的影响

在应用于边坡稳定问题时,DCM(深层水泥搅拌桩)的平面布置形式直接关系到其受力的合理性,进而影响边坡的稳定和安全。针对当前工程实践中采用不同DCM平面布置形式解决边坡稳定问题时,其受力机理仍存在一定程度的认识不足,基于三维有限元方法,结合不同的DCM平面布置形式(桩式、横墙壁式、纵墙壁式、格栅式),对加固后边坡从整体稳定、位移和应力等方面进行分析,探讨采用不同DCM平面布置形式加固边坡后的位移和应力分布规律及特点。研究表明：纵墙壁式和格栅式布置相对于桩式布置,边坡整体稳定安全系数显著提高,位移和应力明显减小且分布更为合理,其中纵墙壁式布置优势最为明显。     

基于三维参数的船舶稳性设计与优化研究

据国际统计数据表明,大量船舶事故的主要原因是船舶的失稳,进而导致船舶失控,发生事故。近年来,基于三维参数化软件的船舶优化设计成为了一项热点研究,并取得了相当可观的研究成果。为了提高船舶的稳定性,保障船舶航行的安全可靠,本文建立了船舶的稳性数学模型,进行船舶的稳性计算,并结合三维设计软件平台CATIA对船舶进行参数化建模,最后利用CATIA的二次开发,完成了船舶稳性设计与优化的仿真试验。试验表明,基于三维参数化的船舶稳性设计具有良好的效果,应用潜力巨大。     

基于有限元法的船舶轮机叶片改进设计研究

为了对船舶轮机叶片进行改进优化,本文通过建立的叶片有限元模型,计算轮机叶片在以水作为介质状态下的应力和应变数据,并对应力和应变数据进行可靠性分析,同时为了保证轮机叶片的正常工作,通过对轮机叶片的材料进行改进,利用多物理场有限元仿真软件COMSOL,计算3种不同材料的轮机叶片在流场中的应力和应变并进行对比,对轮机叶片的设计和改进具有重要的参考价值。     

基于双脉冲参量微扰的船舶运动混沌控制技术

提出了双脉冲参量微扰控制混沌系统的方法,针对船舶运动中存在的混沌现象,以某型军用舰船运动非线性模型为例,在系统参量微扰中引入脉冲控制策略,研究了改进的双脉冲参量微扰方法的控制效果及控制规律.数值仿真结果表明,该控制方法能将受控系统稳定到周期轨道或不动点上,具有良好的控制效果.     

基于熵值法的船舶涂装工艺多目标评价模型

为提升船舶涂装工艺管理水平,解决传统涂装工艺评价对人工经验依赖性强的问题,基于多目标理论构建多目标评价模型,综合考虑干膜厚度、经济成本及涂装效率,以涂层质量、涂料用量和涂装工时为评价标准建立目标函数。采用熵值法确定各目标函数权重系数,可以更客观地反应各目标函数对评价结果的影响。结果表明,该方法对涂层质量的评价与人工检验结果一致,此外,该多目标函数综合考虑船舶涂装经济性与时效性,评价结果更加科学合理,该研究成果可为船舶涂装工艺的预制定与涂装工艺参数的优化提供参照。     

基于规范方法的小水线面双体船疲劳强度研究

论文介绍了船舶结构疲劳强度评估基本原理,并对一条2200t级小水线面双体船进行规范法疲劳强度评估。针对小水线面双体船结构特点,采用规范进行疲劳载荷计算;结合全船有限元计算结果进行疲劳部位筛选;采用有限元法提取疲劳部位的热点应力,并计算疲劳部位的累积损伤度。分析计算结果,提出疲劳部位优化方案。     

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.     

基于一维方法和三维方法的模型尺度及实船尺度船舶阻力预报

考虑到船舶设计之初在已知船型参数有限的前提下需要进行船舶阻力计算,提出一种一维船舶阻力计算方法;考虑到船型确定后需要进行精细化的船舶阻力计算,以获取更多的流场信息或相对于一维方法的对比分析结果,提出一种三维船舶阻力计算方法。以具有真实物理水池船舶阻力试验结果的KCS船为例,分别基于一维方法利用NavCad软件和三维方法基于STAR-CCM+软件进行KCS船模型尺度与实船尺度下的船舶阻力计算,2种方法的船舶阻力计算结果与真实物理水池试验结果对比误差均在2%以内,验证了2种方法的准确性和可行性。     

Finite element based meta-modeling of ship-ice interaction at shoulder and midship areas for ship performance simulation

The climate change has made the transit through Arctic area more feasible, which demands reliable methods to evaluate ship performance. Ship performance in ice is a cross-scale problem, where the desired output such as ship speed lies in larger scale while the actual ship-ice interaction happens in smaller scale. Due to insufficient knowledge in ice mechanics and the demand for computational efficiency, existing approaches for modelling ship-ice interaction from ship performance perspective are mostly either (semi-) empirical, or simplified analytical, with reduced dimensions and extensively simplified mechanics. This paper presents a novel approach to model ship-ice interaction, which maintains the accuracy of the modelling with Finite Element Method (FEM) in ship-ice interaction scale, while being computationally very cheap, therefore is capable to be applied in ship scale simulations. The ice failure is firstly qualitatively investigated through full-scale and model-scale observations, as well as a numerical simulation with Extended Finite Element Method (XFEM). The model is then simplified and executed by Abaqus to automatically run a large database. A neural network is used to fit the results to get a simulation-free tool for ship-ice interaction calculation. Finally, the uncertainty in the results due to an important assumption is quantified. The results show that the obtained neural network fits the database with excellent performance. Therefore, it can be applied in ship scale simulations with improved accuracy compared to empirical or analytical approaches.     

基于CSR有限元分析球扁钢等效方法研究

基于CSR的油船有限元分析中,球扁钢不可以直接进行疲劳及屈曲计算,需将其等效为L型材或T型材。规范要求保证等效前后横剖面面积及惯性矩特性与原球扁钢相同。而且在利用PULS进行加筋板屈曲计算时对其加强筋（如扁钢、L型材及T型材）有尺寸比例限制。依据上述要求建立了球扁钢等效优化模型,并采用相应优化算法进行求解。实例计算结果表明,所用方法基本保证了等效结果满足规范要求,并可以进行屈曲计算,达到工程应用要求。     

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TRIBON数据快速建立全船有限元模型的研究

应用MSC.PATRAN进行全船有限元建模时,输入数据繁杂、工作量大.文章中利用AUTOCAD VBA及MSC.PATRAN的二次开发语言PCL进行二次开发,实现了将TRIBON中的数据直接导入MSC.PATRAN,从而避免了全船有限元建模时手工输入庞大数据的不足,实现了真正意义上的设计与建造数据库共享,提高了有限元建模的效率与准确性,具有较好的工程实用价值.     

基于随机有限元的空间梁板结构系统可靠性分析

影响船舶结构系统可靠性的因素有很多,所以有必要对其结构进行可靠性分析.为此采用空间梁元与板元来模拟空间梁板结构,运用将随机有限元法与确定性有限元法相结合的随机有限元理论,采用分枝限界法找出主要失效模式,利用改进的一次二阶矩法计算各失效模式的安全余量,最终利用各失效模式相关性和概率网络估算技术法计算结构系统的失效概率.编制了考虑材料的强度、梁板元的尺寸和外载荷等均为随机变量的三维梁板空间结构问题的随机有限元程序,最后通过实例进行结构系统可靠性分析计算.     

基于全耦合分析技术的折叠式夹层板船体结构碰撞性能研究

船舶碰撞事故往往会带来灾难性的后果,船舶碰撞性能以及耐撞结构设计方面的研究一直受到国内外学者的重视。本文基于全耦合数值仿真分析技术,以一多用途船舷侧结构为研究对象,设计出两种夹层板新式抗冲击舷侧结构,并对原结构和新式结构的碰撞性能进行比较。研究结果表明,新式舷侧结构发生损伤变形的区域较大,参与抵抗撞击的构件增多,损伤变形程度有所降低,且在总重量相当的条件下总吸能有大幅提高,可以有效缓解高能碰撞对结构的危害。     

用非线性有限元的方法研究准静态加筋方形管压溃破坏中加强筋的影响

在船舶碰撞和搁浅中,薄壁结构在轴向压力条件下的压溃破坏是一种重要的破坏模式.本文用非线性有限元方法研究了准静态条件下纵向和横向加强筋对加筋方形管压溃破坏的影响.基于实验结果和数值仿真的结果,给出了新的等效板厚和平均压溃载荷计算公式.计算结果表明新的平均压溃载荷计算公式能够更好地拟合实验结果.     

基于形貌优化的某船用油柜结构优化设计

由于油柜结构设计不合理,经常会出现结构疲劳断裂、剪切破坏现象,给船舶航行带来了巨大的安全挑战。为改善油柜结构抗疲劳能力,本文基于HYPERMESH软件建立油柜结构的有限元模型,并对该结构进行模态分析,为形貌优化选择合适的目标函数。形貌优化以节点位移作为设计变量,以结构前两阶固有频率作为目标函数,使之最大化,来提高结构刚度。优化结果表明:油柜第1阶固有频率值提高102%;第2阶固有频率提高99%。优化得出的压延筋形状类似于"O"型,适合于冲压工艺进行加工,可以有效提高油柜结构刚度,降低疲劳破坏几率。     

天津港二突堤转角区域码头结构与土体三维有限元分析

近年码头调查发现,天津港多个突堤转角区域的码头结构变形和横向错位情况十分严重,这与以前发现和认识的规律有所不同。文中从这些问题入手,以天津港二突堤为对象,系统地研究了该突堤转角区域码头结构和岸坡相互作用机理和变形特点,并指出突堤转角区域的码头结构受力比较复杂,其变形具有空间变化特点,传统的二维分析和设计方法是不够全面的。     

基于有限元法的柔性靠船桩设计分析

选取广州港某扩建码头中使用的柔性靠船桩作为工程实例,采用P-Y曲线法,利用通用有限元软件ANSYS对柔性靠船桩进行受力分析;同时土体采用Mohr-Coulomb模型,利用有限差分软件FLAC建立实体土单元与柔性靠船桩相互作用模型进行桩的受力复核,并将二者的计算结果进行对比分析,得出较为合理的设计成果,为港工设计人员提供有效参考。