分析层合材料槽孔应力的新型特殊层合杂交应力元

基于一种新的非匀质材料的扩展Hellinger-Reissner原理,及当一个单元域划分为不同材料特性子域,其元内位移及应力沿子域表面不连续时有限元刚度列式的简便方法,建立了新的具有一个无外力圆柱表面层合杂交应力元。单元各层内以整体坐标表示并以自然坐标插值的应力场,通过以非协调位移为权函数使齐次平衡方程变分满足的理性方法得到,此应力场同时严格满足给定圆柱面上无外力条件。单元间及各层间位移连续条件分别通过Largrange乘子进行了松弛。数值算例表明:在相当粗的网格下,新型元可提供较一般假定位移元及一般假定应力元更为准确的槽孔层板孔边应力。     

用杂交应力模型构造的裂尖平面奇性元

应用杂交变分原理及参数平面映射的方法构造了一个杂交奇性三角元的模式。由于应用了杂交模型，因此在单元构造上比协调模型更容易满足裂纹尖端应力场的奇异性质，文中对有对称边裂纹的拉伸平板进行了应力强度因子的计算。结果表明，此方法具有单元剖分灵活，程序实现方便，以及收敛性好的计算精确度高等优点。     

基于FEM-BEM法考虑弹振效应的超大型船舶结构疲劳损伤分析

为了研究超大型船舶波激振动响应及其对结构疲劳损伤的影响,提出综合有限元-边界元(FEM-BEM)法和考虑船体弹振效应的谱分析法对超大型船舶结构疲劳损伤进行分析。首先,基于三维有限元模态分析法获取各阶振动的位移及应力振型和主质量等,作为三维频域水弹性理论预报的输入参数;然后,将水弹性理论预报所得的主坐标与三维有限元分析所得的应力振型结合并叠加,得到结构应力响应函数;最后,基于谱分析法,计算波浪载荷与弹振载荷对结构疲劳累积损伤的贡献度。研究表明,与传统梁理论和准静态有限元法相比,论文提出的方法可更合理地计算大型船舶的高频弹振响应及其对结构疲劳损伤的影响。     

无键螺旋桨液压安装方案分析

针对新造大型船舶无键螺旋桨液压安装过程中的油压控制问题,以某型集装箱船为研究对象,根据船级社规范对推入量和油压进行理论计算,并建立桨-轴无键联接的三维模型,运用ANSYS有限元法对推入量和油压进行仿真分析。通过理论值和仿真值的对比分析,结果表明,理论计算的推入量可以保证螺旋桨无键联接的可靠性;桨毂的等效应力大于桨轴的等效应力,接触边缘区域的应力存在奇异性。得到液压安装过程中的p-S(油压-推入量)曲线,提出一种无键螺旋桨液压安装方案,为无键螺旋桨液压安装控制系统的设计与研发提供理论依据。     

氯离子侵蚀下混合纤维增强钢筋混凝土损伤规律

混合纤维增韧混凝土具有很好的耐久性。针对PVA和UPE混合纤维混凝土,采用高浓度氯离子溶液进行120 d侵蚀试验,并结合三维数值模拟技术,预测分析氯离子侵蚀前后钢筋混凝土梁的承载力和损伤变化规律。结果表明,无纤维混凝土和纤维体积含量为0.2%(其中0.1%PVA和0.1%UPE)的混凝土受海水侵蚀后脆性增加,峰值应力和对应的应变减小;但掺加纤维能降低混凝土梁遭受氯离子侵蚀的抗弯曲承载能力的损失率和峰值应力对应的应变损失率,同时增加梁的韧性;加载位移为20 mm时,海水侵蚀后有纤维的梁最终拉伸损伤比无纤维的梁最终拉伸损伤减小4.9%,最终压缩损伤比无纤维的梁最终压缩损伤减小16.2%。     

基于热-结构耦合的螺旋桨无键联接可靠性研究

螺旋桨的安装质量直接影响船舶的航行安全。由于航行中环境温度的变化,导致螺旋桨无键联接的可靠性发生改变,但难以运用仪器对其进行有效的监测。利用Pro/E建立桨-轴无键联接的三维模型,运用ANSYS的热-结构耦合方法分析:船舶在温度0℃~35℃的水域航行时,螺旋桨无键联接的接触压力、等效应力的变化量。通过仿真值与理论值的对比分析,结果表明,螺旋桨无键联接的接触压力、等效应力随温度的升高近似成线性的减小;桨-轴的应力在接触边缘区域存在奇异性;温度是影响过盈量选取的一个重要因素,在螺旋桨安装选取过盈量时应将理论值增加一个安全系数。     

流固耦合振动的组合模态综合法

本文提出了流固耦合振动一种新的计算方法——组合模态综合法。该方法建立在流体一固体有限元组成的杂交子结构模型基础上,对流体子结构采用约束模态(静力变换模态),同固体子结构以下二种模态:(1)模综超元法中的动力变换模态和(2)Craig 的固定界面模态进行组合,以组合模态作为广义座标对流固杂交子结构的运动方程进行变换获得二种形式的计算方法。本方法中采用了先装配流体子结构后装配固体子结构的技巧,从而消除了流体元的全部自由度和固体子结构的全部内自由度,仅保留固体子结构对接边界自由度,使最后计算特征值的矩阵阶数保持与结构中的模态综合超单元法及 Craig 法的阶数完全相同,大大减少计算机时。通过由弯曲板元和平面膜元的组合板元构成的立体方盒结构以及三维矩形有限元的流固耦合振动计算,获得了与 P.C.Chowdhufy 用整体有限元计算及光测实验一致的数值结果。本方法尤适用于具有大量流固交界面自由度和少量结构对接自由度的船舶流固耦合振动计算,也适用于滨海工程结构和其它工程的这类问题计算。与以往的流固耦合振动计算方法相比,富有实用意义和经济效益。     

自升式平台整体结构的三维系统可靠性分析

为使自升式平台整体结构三维系统可靠性计算模型更加贴近实际结构,建立基于空间刚架结构和空间薄壁结构两种系统可靠性分析模型.以三维梁元模拟空间刚架结构,以杂交梁元和加筋板格元模拟空间薄壁结构,并推导加筋板格元的修正刚度矩阵和反向结点力向量,弥补了计算反向结点力向量时采用等剪应力矩形元替代加筋板格元的不足,最后运用改进的分支限界法搜索主要失效路径并结合PNET法计算系统失效概率,通过实例对自存和作业等工况下平台系统可靠性进行计算,对比两种系统可靠性模型的优缺点,给出工程设计建议.     

基于三维离散元法的绞刀运转效能分析

针对不同绞刀结构下的运转效能影响机制问题,基于离散元(DEM)法,研究了锥型绞刀和冠型绞刀在切削土体过程的工作效能。结合工程实际数据,在三维离散元软件YADE中进行通用型绞刀头建模,并验证其数值模拟可靠性。优化绞刀结构形式,建立了新的锥型绞刀和冠型绞刀的三维模型并模拟分析了两者在不同工况下的切削过程。结果显示,锥型绞刀较冠型绞刀具有更优的挖掘效能。     

环氧树脂垫片在船舶机械机座设计中的应用

文章对船舶机械机座联接应用环氧树脂垫片进行了受力分析,给出了环氧树脂垫片总压应力计算和机座联接螺栓强度计算与校核方法,分析了机座联接螺栓在机械承受外力负荷时进行补充拧紧存在的安全危险,并提出了机座螺栓不宜在机械承受外力负荷时进行补偿拧紧的建议。     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

轴肩过渡曲线设计及应力集中分析

分析单曲率圆弧、双曲率圆弧、三曲率圆弧、椭圆和流线形等多种轴肩过渡曲线的设计方法,利用有限元软件Abaqus对这些曲线进行建模分析.对于单曲率圆弧,应力集中系数和应力集中角度随着过渡半径的增大而减小,但是应力集中系数减小的效果并不十分明显.流线形过渡曲线基本消除了应力集中,其应力集中系数仅为1.004.双曲率圆弧、三曲率圆弧和椭圆过渡曲线也都将应力集中系数降低到1.05以下,适于实际工程应用.     

梯形载荷作用下功能梯度简支梁弯曲的解析解

基于应力函数法,对梯形分布载荷作用下、材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲问题的解析解进行了研究。首先引入了一个应力函数,根据平面应力问题的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了应力函数及各向应力的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了各向应变与位移的显式解析表达式。在算例中,分别采用文中方法和经典理论对均质各向同性梁进行求解,验证了文中方法的正确性;并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,分析了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数 n 对应力和位移分布的影响。     

环肋圆柱壳应力计算的新方法探索

基于对目前环肋圆柱壳应力计算方法缺陷的认识,文中引入了加强棱柱壳体法,推导出环肋圆柱壳静力微分方程,通过将位移以傅立叶级数的形式展开,求出了环肋圆柱壳的位移解,进而得到环肋圆柱壳的应力解。通过算例计算表明,除环肋圆柱壳内表面纵向应力和肋骨周向应力外,用该方法的计算结果与传统方法的计算结果和有限元法结果都相接近,并且纵向应力与周向应力由外到里的变化规律与传统方法也相同。     

Residual stress measurement in an extra thick multi-pass weld using initial stress integrated inherent strain method

Residual stresses existing in a multi-pass butt joint with a thickness of 70 mm, using a flux-cored arc welding process, were measured by an inherent strain method (ISM). Since such a thick plate before welding contains a large amount of initial residual stresses (−300 to +100 MPa), the initial stresses were integrated with conventional ISM in order to determine the total residual stresses in a welded joint. Two methods named as initial stress integrated ISM and initial inherent strain integrated ISM were suggested for the consideration of the initial stress distributions through the thickness of base plates. The results show that there is a significant difference between the integrated ISM with initial stresses or initial inherent strain and the conventional ISM without initial stresses. The residual stresses measured by any of the initial stress integrated ISM and initial inherent strain integrated ISM agreed well with the neutron diffraction measurement. Thus, the proposed initial stress integrated ISM is a proper destructive measurement method in the case of thick weld joints.     

On stress concentration factors for tubular Y- and T-Joints in frame structures

This paper is written as a result of some years experience with fatigue analysis of offshore jacket structures where the connections are made as tubular joints. The hot spot stresses at the tubular joints in such analysis are normally derived based on parametric equations for stress concentration factors. These stress concentration factors are normally related to the axial force in the brace. It is observed that the hot spot stresses at the crown positions of the tubular joint in some cases are significantly affected by the local loading on the chord and the bending moment in the chord. In order to use the existing formulae in these cases some engineering effort is required to derive correct hot spot stress. This work can be avoided by using the nominal stress in the chord as the basis for calculating the hot spot stress at the crown position instead of using the axial force in the brace as basis for the analysis. This also extends the validity of the equations for stress concentration factors for T- and Y- joints in design standards. The proposed modification makes it also simpler to include the effect of joint flexibility in a proper way. The basis for a proposed revision of the equations for stress concentration factors for these joints is presented in this paper. It is considered that this modification leads to minor changes of the computer code, but that it will save analysis work for engineers and reduce the possibility of calculating incorrect fatigue lives in tubular frame structures.     

小水线面双体船典型节点抗疲劳设计

小水线面双体船结构形式特殊,结构疲劳问题突出.针对小水线面双体船特殊的结构形式,利用有限元方法对小水线面双体船典型舱段结构应力分布情况进行研究,得到了舱段结构高应力区域所在的位置;对板厚、结构形式、加强方式等影响船体结构节点应力的相关因素进行了详细的比较分析,提出了小水线面双体船典型节点抗疲劳设计方法;并利用该方法对1 350 t典型小水线面双体船进行节点形式优化设计,为小水线面双体船的抗疲劳设计提供参考依据.     

球柱组合壳耐压船体结构静水压力试验研究

球柱组合壳结构在船舶与海洋工程领域应用广泛,为考察球柱组合壳结构的力学性能,设计制作了球柱组合壳模型进行静水压力试验,测量其应力。通过对球柱组合壳结构的应力分布规律的研究,得到了球柱组合壳结构的应力与外压力的关系,并验证了球柱组合壳结构的连接处存在应力集中现象,利用试验数据得到了应力集中系数为1.4。     

自升式平台的局部结构应力分析

利用有限元法对自升式海洋平台纵舱壁和横舱壁上开孔前后的应力进行计算,分析开孔形状及开孔处采用不同的加强方式对局部结构应力的影响,计算得到开孔不同形状及不同加强方式时结构的应力。在平台主体舱壁上开圆角矩形时应力较小,在开孔上增加面板可以显著降低孔边缘的应力。平台桩腿开孔时应力集中系数急剧增加,桩腿载荷不同对桩腿受力有很大影响。