向量式有限元法在管土相互作用中的应用

向量式有限元法是基于向量式力学和数值计算的一种创新性的结构行为分析方法。文章采用三种弹簧模型模拟海床,将向量式有限元法用于钢悬链线立管触地段与海床土体相互作用研究中,编制相应Matlab求解程序,计算了端部施加一定位移下立管的位形和弯曲应力,并与他人基于有限差分法及ABAQUS的模拟结果进行对比,同时运用该方法分析了弹簧模型、土体刚度、土体吸力系数等参数对立管触地段变形和弯曲应力的影响。结果表明向量式有限元法在模拟静态端部位移加载下的管-土相互作用是准确和可行的,能够直接求解变形和内力,具有相对简洁性,此方法是对立管力学行为的模拟,符合实际运动变形过程。为模拟管-土相互作用提供了新方法,同时为进一步研究实际循环载荷下管-土相互作用奠定了基础。     

管土作用下的钢悬链线立管动力响应及其疲劳分析

钢悬链线立管的疲劳分析得到越来越多的重视,尤其是其与海床土体相互作用引起的疲劳。本文根据 Aubeny提出的管土作用模型以及 Bridge提出的土体吸力模型,采用有限元方法,在考虑其与海床土体相互作用的基础上,分析了钢悬链线立管在不同载况作用下的动力响应及疲劳损伤。分析发现,钢悬链线立管上触地点和悬挂点处的疲劳损伤更为显著;洋流载荷对立管疲劳损伤的影响随着水深的增加而减弱;土体吸力的存在,会增大触地段尤其是触地点附近的疲劳损伤;立管触地点附近的疲劳损伤与土体刚度呈正相关。     

管土作用下的钢悬链线立管动力响应及其疲劳分析

钢悬链线立管的疲劳分析得到越来越多的重视,尤其是其与海床土体相互作用引起的疲劳。本文根据Aubeny提出的管土作用模型以及Bridge提出的土体吸力模型,采用有限元方法,在考虑其与海床土体相互作用的基础上,分析了钢悬链线立管在不同载况作用下的动力响应及疲劳损伤。分析发现,钢悬链线立管上触地点和悬挂点处的疲劳损伤更为显著;洋流载荷对立管疲劳损伤的影响随着水深的增加而减弱;土体吸力的存在,会增大触地段尤其是触地点附近的疲劳损伤;立管触地点附近的疲劳损伤与土体刚度呈正相关。     

考虑沟槽深度及土体吸力影响的SCR与海床土体循环作用分析

悬链线立管与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大,而管土作用的机理又十分复杂,海底沟槽以及海床土体吸力都会对立管力学特性产生影响,文章以Aubeny等提出的管土作用完整P-y曲线为基础,在有限元分析软件ANSYS中采用非线性弹簧模拟海床土体,计算中考虑了土体吸力;模拟了三种位移幅值下管土循环作用时沟槽深度的变化,分析了沟槽段各点弯矩及应力随深度的变化规律,同时对比了三种情况下管道最深点的弯矩及应力随加载时间的变化关系,为进一步分析管土循环作用提供了参考。     

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。     

海洋立管涡激振动的主动控制技术

涡激振动是造成海洋立管疲劳损伤的重要原因,如何抑制海洋立管的涡激振动一直是海洋工程中的热点和难点问题.海洋立管主动控制技术能根据多变的环境条件实时调整控制策略和参数,具有更好的适应性.文章研究了通过施加端部激励对海洋立管涡激振动进行抑制的主动控制技术.基于尾流振子模型来模拟尾流漩涡与结构之间的相互作用,结合有限差分法和龙格-库塔法求解立管振动方程.轴向力激励对涡激振动存在显著干扰,频率比较小时,轴向力激励能降低涡激振动位移;频率比远离共振频率时,立管振动呈宽频特性.     

振荡流下悬链线式立管涡激振动特性研究

本文应用改进的尾流振子模型对振荡流下悬链线式立管的涡激振动特性进行了研究。首先基于向量式有限元建立了悬链线式立管振动控制方程,利用独立性原理和改进的尾流振子模型模拟时变的涡激升力,然后采用中央差分法求解立管的涡激振动响应。利用相应的试验结果验证了本文模型的有效性。最后,对振荡流下悬链线式立管涡激振动响应特性进行了分析。研究结果表明：振荡流下悬链线式立管响应幅值出现“振幅调制”现象,大KC(Keulegan-Carpenter)数下,进一步出现典型的“间歇涡激振动”现象;KC数对质点振动相图形状以及流固能量传递有显著影响;振荡流下立管响应峰值随流速呈“多峰”现象,KC=20时多峰现象更为明显;在小KC数范围内,较小的KC数会激励立管产生较大的涡激振动位移。     

深水SCR立管触地区域管土作用研究进展(英文)

钢悬链线立管作为一种全新的深水立管系统已经在国外多个项目中应用,总结了有关深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用的研究进展,主要包括STRIDE和CAluSIMA工业合作计划的研究数据和其他的相关论文,能够为国内深水钢悬链线立管的研究提供参考.     

深水SOR立管触地区域管土作用研究进展

钢悬链线立管作为一种全新的深水立管系统已经在国外多个项目中应用,总结了有关深水钢悬链线立管触地区域管土相互作用的研究进展,主要包括STRIDE和CARISIMA工业合作计划的研究数据和其他的相关论文,能够为国内深水钢悬链线立管的研究提供参考．     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

功率流有限元法结果分析辐射噪声

使用"功率流有限元法"(PFFEM)分析结果发展声辐射预测程序."功率流有限元法"是一种预测任意形状结构中高频振动能量密度和强度的新方法,而边界元法可用于声辐射预测.两者结合可以进一步计算远场辐射声压.用此程序,对水下复杂结构-点力激励下潜艇的振动和声辐射特性进行了预测,获得了良好效果.     

有限元程序生成系统及其在工程中的应用

本文介绍了一个全新的有限元软件--有限元程序生成系统(FEPG)的设计方法和程序结构.有限元程序生成系统可以根据通用的数学原理和有限元素法规则,采用部件化和人工智能的方法,像推导数学公式那样利用计算机自动生成有限元程序.有限元程序生成系统突破了现有的有限元软件仅仅适用于某一特定领域研究的限制,适应于所有需用有限元方法求解的微分方程.目前,有限元程序生成系统已经应用于超导、电磁场、石油勘探、结构工程、交通、水利、船舶力学、液固耦合及流体力学等方面的研究.     

矿砂船船体强度与稳定性分析

对矿砂船船体主要结构进行有限元分析,得出在舱段内货物压力、舷外水压力、波浪压力作用下船体主要结构的结构响应,计算和分析结果表明船体主要结构满足强度与稳定性要求。     

船舶推进轴系校中计算中轴承油膜的影响分析

针对船舶推进轴系校中计算问题，提出了校中计算的有限元模型和考虑油膜作用的非线性轴承支承模型。在此基础上，结合具体工程实例通过数值计算确定了尾管轴承支反力的位置，讨论了油膜对轴承反力分布的影响。该方法有利于更准确地确定轴系在运行过程中轴线空间位置，对工程实际具有一定指导意义。     

潜艇耐压液舱区域有限元应力计算

针对目前潜艇耐压液舱结构应力解析公式精度不高的情况,根据其受力特点建立了同心圆和准同心圆式耐压液舱结构有限元分析的力学模型,编程通过实例计算表明自编有限元程序可靠性很高,可单独作为一个模块取代传统的近似解析法进行应力分析及后续的优化设计。     

船舶水下辐射噪声计算评估方法及应用

本文采用有限元(FEM)和边界元(BEM)相结合的方法对船舶水下辐射噪声进行研究。首先根据船舶的实际情况建立三维结构有限元模型,包括船体结构、压载、主要动力设备及其隔振方式等,然后结合实船测试的柴油发电机组、推进电机机脚振动和轴系中间支撑基座振动数值,及船模试验得到的螺旋桨脉动压力,计算获得流固耦合下结构的响应,最后将船体外壳水线以下结构响应作为约束条件,通过边界元的方法对水下辐射噪声进行计算和分析。从而对船舶设计阶段水下辐射噪声初步评估方法进行修正,同时对比水下辐射噪声实船测试结果,计算准确性较高,修正后的计算评估方法能进一步提高了设计阶段水下噪声的评估精度,为船舶水下辐射噪声控制提供了依据和参考。     

船体与增压锅炉一体化抗冲击研究

为真实模拟增压锅炉与船体之间的耦合作用,将船体与增压锅炉装配在一起,在船体模型外加流场,进行爆炸数值模拟,分析求解增压锅炉在冲击载荷下的响应。同时将爆炸产生的冲击载荷以BV0430/85规范进行等效,单独加载到增压锅炉底座。两种加载方法的计算结果表明,设备与船体的耦合作用及边界条件是不可忽略的,一体化分析方法能更真实地模拟冲击环境。     

随机力作用下的水下结构声辐射分析

本文基于混合有限元法/边界元法,对浸没结构物在随机作用力下的声辐射问题进行随机分析,并开发了随机作用力下结构-声辐射系统响应的计算程序.分析表明,辐射噪声的响应谱密度不仅与各激振力的功率谱密度有关,而且与他们的互谱密度相关.对环肋双层柱形结构的计算表明了该方法的可行性.     

Analysis of structural dynamic characteristics of a high speed light special catamaran

1Introduction Therearethreefamiliarmethodstocalculatedynamic characteristicsofconventionalshipstructures:energy method,transfermatrixmethodandfiniteelement method.Forenergymethodanapproximatelyvibration deflectionfunctionmustbeassumed.Soitisalmostim possi…     

加肋轴对称壳非线性分析方法的探讨

将Sanders-Koiter几何非线性壳体理论与理想弹塑性本构关系结合,建立了加肋轴对称壳体结构的非线性有限元计算方法,并对加肋锥-环-柱组合壳塑性力学现象进行了观测,发现加肋锥-环-柱组合壳在失稳破坏时,环壳屈服厚度占壳体厚度的44%。