含损伤加筋板结构声辐射阻尼变异研究

从能量耗散角度提出了结构声辐射阻尼的有关概念,考虑到辐射阻尼的特性,文章采用结构振动时耗散能量与振动总能量的比来建立辐射阻尼的数学模型,并用数值计算的方法研究简支板结构的声辐射阻尼特性.在研究结构损伤对声辐射阻尼影响的时候,以加筋板结构为例,计算结构不同损伤情况下的声辐射阻尼.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对声辐射阻尼的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

含损伤加筋结构流固耦合动力特性与声辐射特性研究

采用有限元／边界元（FEM／BEM）方法对于水下典型加筋板结构的动力特性以及声辐射特性进行研究。首先将损伤的概念引入有限元，并用边界元法得到流体附加质量项，然后求解损伤结构动力特性，进而求出损伤结构在一定频率范围激励下的辐射声功率以及辐射指向性。     

潜艇典型结构在撞击载荷作用下动态响应的试验研究

针对潜艇典型结构单元（加筋平板和加筋圆柱壳）在受到撞击载荷作用下的损伤变形模式和撞击过程中结构的动态响应进行试验研究。研究结果表明：筋材的内置和外置对平板和壳体结构的损伤变形模式具有很大影响,但对加筋板和加筋圆柱壳模型结构整体的吸能特性并无太大影响;壳体结构与平板结构相比较,具有更好的吸能特性,平板结构具有更好的抗撞击能力。     

冰载荷对加筋板轴向压缩极限强度的影响

船舶在冰区航行时,将遭受浮冰的挤压,船舷侧部位的加筋板会受到冰载荷的作用。以单筋单跨加筋板为研究对象,采用非线性有限元法对冰载荷下加筋板轴向压缩极限强度进行分析。研究冰载荷的大小、加载区域面积和加载区域位置的不同对极限强度的影响规律。结果表明,冰载荷大小一定,冰载荷作用区域面积逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度随着面积的增加基本呈线性增加。冰载荷作用区域位置距离加筋板中心点距离逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐增加,且随着相对距离的增加,对加筋板轴向压缩极限强度的影响越来越大。这些结果可用于指导冰区船舶结构的设计以及维护。     

含凹陷损伤FPSB典型加筋板剩余极限强度研究

本文选取一型FPSB典型加筋板结构,在考虑初始缺陷的情况下采用非线性元法,通过对比研究,选定了(1/2 1 1/2)的加筋板模型以及合适的边界条件、网格尺寸。分别研究了三种不同凹陷形状对加筋板极限强度的影响,选定了以弧形凹坑为主要研究对象的凹陷形式。分别研究了凹陷损伤加筋板随凹痕深度、凹痕长度、凹痕宽度、凹痕位置变化时结构在单轴受压情况下的极限强度变化情况。本文的计算结果可对此型FPSB加筋板结构在凹陷损伤后的极限强度评估提供一定的参考。     

含损伤加筋板结构声辐射模态变异研究

本文采用声辐射模态的有关理论,用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性.以加筋板结构为例,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的声辐射模态.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用K8chanov理论,引人了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及声辐射模态的影响.文章建立了一种含损伤结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

具有裂纹缺陷的加筋板的剩余拉伸强度分析

对具有裂纹缺陷的加筋板的剩余强度进行了数值分析.考虑了加筋板上的三种缺陷形式,即板和筋上的垂直裂纹,板和筋上的倾斜裂纹以及板上的裂纹和筋上的圆孔.对板和筋上的相对裂纹长度、材料属性、板和筋的厚度、裂纹开裂角度以及圆孔的直径等影响参数进行了分析.同时,将无加筋板剩余强度的经验公式推广到加筋板,并验证了公式的有效性.     

含损伤加筋板结构辐射声功率及指向性变异研究

本文采用结构声振特性中常用参数辐射声功率和辐射指向性来研究含损伤加筋结构的声辐射特性,计算不同加筋情况和结构不同损伤情况下的辐射声功率和远场指向性.基于Mindlin理论,建立描述健康和损伤的四结点有限元板壳单元模型,采用有限元方法计算结构表面动力响应.针对各向同性损伤单元,采取刚度各向整体弱化的方法分析;对于各向异性损伤单元,采用Kachanov理论,引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数.根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压,进而可以得到辐射声功率和辐射指向性.考虑到不同损伤存在形式,计算分析了损伤对振动频率、模态以及辐射声功率和指向性的影响.文章建立了一种含损结构的分析方法,通过对一些典型算例分析,在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索.     

Damage detection in offshore structures using neural networks

This paper discusses the damage detection in offshore jacket platforms subjected to random loads using a combined method of random decrement signature and neural networks. The random decrement technique is used to extract the free decay of the structure from its online response while the structure is in service. The free decay and its time derivative are used as input for a neural network. The output of the neural network is used as an index for damage detection. It has been shown that function N is effective in damage detection in the members of an offshore structure. Experimental studies conducted on a reduced model for a real jacket structure with geometrical scale of 1:30 are used. The applied loads were random loads. Two different load spectra were used: White noise, and Pierson-Moskowitz.     

船舶结构强度直接计算中板单元应力的取法

以某油船外底加筋板为例,分析有限元计算中,板单元中面应力和表面应力的差别,说明衡准其强度时应该采用单元形心处的中面应力。     

Comparison of the crashworthiness of various bottom and side structures

The purpose of this work is to compare the resistance with damage of various types of double bottom structures in a stranding event. The comparative analyses are made by use of a commercial, explicit finite element program. The ship bottom is loaded with a conical indenter with a rounded tip, which is forced laterally into the structures in different positions. The aim is to compare resistance forces, energy absorption and penetration with fracture for four different structures. Those four structures are: a conventional double bottom, a structure (presently protected through a patent) with hat-profiles stiffened bottom plating, a structure where all-steel sandwich panel is used as outer shell and a bottom structure stiffened exclusively with hat-profiles. The paper shows that it is indeed possible to elevate the crashworthiness of side and bottom structures with regards to the loading considered here without increasing the structural weight.     

A computational investigation of the effects of localized corrosion on plates and stiffened panels

Structural components are prone to corrosion damage, especially when exposed to a sea environment. This article describes an investigation on the effects of local corrosion applied to plates and stiffened panels typically found in ship structures. Finite element investigations of initial buckling, ultimate collapse and post-ultimate responses are presented and described through the use of load-shortening collapse curves. Geometric imperfections and residual stresses were included in the model and results are compared to analytical calculations and available experimental measurements. This improved knowledge of the structural integrity of a damaged ship structure can be used to develop more efficient maintenance practices.     

复合材料船体纵向极限强度可靠性分析

把船体甲板或船底板结构视为是一系列加筋板单元的组合，然后利用复合材料梁柱理论计算船体加筋板单元构件的极限承载能力，最后用Smith法计算复合材料船体的极限承载能力。由于复合材料船体纵向极限强度的极限状态方程不能简单地用船体各参数显式表达，故将近年发展起来的响应面法与JC法相结合，对复合材料船体纵向极限强度进行了可靠性分析。并讨论了影响船体纵向极限强度可靠性各变量的敏感性。     

Simplified method for quasi-static collision assessment of a damaged tanker side panel

The paper presents a simplified analytical method to examine the energy absorbing mechanisms of intact and damaged small-scale stiffened plate specimens, quasi-statically punched at the mid-span by a rigid wedge indenter. The specimens scaled from a tanker side panel are limited by one span between web frames and stringers. The influence of the initial damage on the impact response is based on the plastic behaviour of an intact specimen. The initial damage is provoked at one-quarter from the support by the same indenter that, afterwards, punches the specimen at the mid-span. In practice, initial imperfections of this type could be due to minor incidents during ship service operation, such as collision of ships with floating objects. To validate the proposed simplified method, experiments and numerical simulations are conducted. The experimentally obtained force-displacement responses and shapes of the deformation show good agreement with the simulations performed by the explicit LS-DYNA finite element solver. The analytical method derives expressions to estimate the energy dissipated by the intact and the damaged specimens based on the plastic deformation mechanisms, assuming that both the plate and stiffener structural components absorb the incident energy through the rotation of the plastic hinges at the point of contact and at the supports and the membrane tension over the plastically deforming region between the loading and the supports.     

加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下动态响应的近似相似方法研究

提出了同时考虑流固耦合和材料应变率强化效应时,加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下动态响应的相似条件.在此基础上,提出了该问题的近似相似方法.该方法通过在模型和原型之间建立一个修正模型,达到利用修正模型的冲击响应近似预报原型响应的目的.最后提出了利用缩比模型试验预报原型冲击塑性变形的模型化试验方法.文中结论可用于指导利用模型试验预报船体局部板架在水下爆炸冲击波作用下动态响应.     

国外船舶破损稳性理论分析

船舶破损后的稳性问题是长期困扰造船界的难题,它涉及随机海况下破损船舶的摇摆、进水和倾覆等多方面的复杂技术问题。简要叙述了国外船舶破损进水后的稳性理论计算研究状况,介绍了国际上在破损船舶动力学模型、舱内进水与船体的相互作用、破损口处的进流与出流模拟等3方面的研究进展。研究表明,三自由度耦合的数学模型在处理舷侧破损问题方面很有效,而六自由度非线性数学模型是未来船舶破损稳性计算的发展趋势,而且必须将船体与进水当作相互高度耦合的动力系统,采用水动力学进水模型进行处理。今后,还需采用模型试验深入观测波浪中船舶破损后的物理现象,以了解破损稳性机理。     

散货船碰撞损伤后的剪切极限强度

船体梁受到碰撞损伤后,必须有足够的剩余强度用以抵抗最大外弯矩,同时还需能够承受最大剪力.在众多类型的船舶中,散货船是一种抗剪能力较差的船型.对于其碰撞损伤后纵向剩余极限弯矩的研究已有较多的文献[2-7],而对于碰撞损伤后的剪切极限强度的研究目前还比较少.针对这一现状,本文的主要目的在于分析讨论散货船受到碰撞损伤后的极限承剪能力;分析结构几何尺寸,碰撞损伤形状以及边界条件等各种因素对碰撞破损船体抗剪能力的影响.为了方便起见,文中也给出了相应的回归经验公式.本文同时还推导了一个船体梁碰撞损伤后的初始屈服剪力计算公式.最后,本文以一艘散货船为例,计算分析其碰撞损伤后的抗剪能力,从中得出一些有益的结论.     

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。     

基于柔度曲率矩阵的加筋板结构损伤识别方法

为了对船舶工程中典型结构即加筋板结构的损伤部位进行准确的损伤识别分析,文章提出了一种基于柔度曲率矩阵的损伤识别方法并进行了仿真分析。首先对加筋板结构进行单元划分,以结构响应通过矩阵的列最大值来建立节点柔度矩阵,并通过二阶微分对柔度值的变化进行放大进而得到柔度曲率矩阵,最后通过柔度曲率矩阵图或者柔度曲率矩阵的行(列)曲率图来判断损伤位置。算例分析表明,该方法损伤定位准确并且具有较高的灵敏度,避免了使用原未损结构的模态参数,只需损伤结构的一阶或者前几阶模态信息就可以有效地进行损伤识别分析。通过大量模拟,给出了加筋板结构损伤的判别图。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。