焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

垂向力学约束对甲板板架焊接变形与残余应力影响研究

力学约束是一种有效控制焊接变形的方法。本文基于热弹塑性有限元法,研究船体甲板板架结构在垂向力学约束条件下的焊接变形与残余应力情况,分别计算了结构在无约束和5种垂向力学约束方案下的焊接变形和残余应力,通过对计算结果的对比分析,获得最优方案。研究结果表明,垂向力学约束能使整体和局部焊接变形分别减小27%和48%,对甲板板的中面残余应力影响较小,但对板格局部弯曲应力有一定程度影响。     

客船上层建筑薄板板架的变形控制与火工矫正

中小型客船上层建筑中的甲板及其下围壁通常都是薄板板架结构。薄板板架结构在冷热加工、大中小组装、焊接、吊运中都会产生各种变形。本文论述上层建筑薄板板架结构在预加工、薄板拼接、构件加工、小组装、分段组装中的变形控制,以及变形的火工矫正工艺原则和施工流程等。     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题,使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真,获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下,加筋板横截面的变形为中垂变形,纵筋的变形为中拱变形,方案1横截面变形更小,方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力,其在近焊缝区为拉应力,达到材料屈服强度,远离焊缝区表现为压应力,达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端,约为0.85倍材料屈服强度,纵向应力峰值出现在焊接起弧端,约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置,焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力;在加强筋位置,焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接,且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。     

邮轮典型开孔高腹板板架结构极限强度分析

[目的]开孔高腹板板架结构是在大型邮轮上层建筑中广泛使用的一类特殊结构,为建立此类结构的设计方法,需充分掌握大型邮轮上层建筑典型开孔高腹板板架结构的力学特性.[方法]综合运用经典加筋板理论与非线性有限元方法,分析甲板初始缺陷、纵桁规格、腹板开孔对板架纵向受压极限承载能力的影响规律.[结果]发现薄板板架对于初始缺陷更为敏...     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

水下爆炸数值模拟联合算法求解结构稳态响应

在研究水下爆炸作用下加筋板架的稳态响应方面,以往的研究主要利用瞬态显式算法,得到的稳态响应结果存在一定的精度缺陷。提出一种改进的水下爆炸数值模拟方法。该方法利用ABAQUS/Explicit Standard算法,针对瞬态显式与稳态隐式静力分析,建立联合数值模拟方法。利用该方法分析某船体加筋板架的“瞬态稳态”响应。结果表明:联合“瞬态显式稳态隐式”算法的仿真结果与试验结果相差在10%以内,说明该方法可用于水下爆炸作用下加筋板架结构的响应分析,且采用联合“显式隐式”算法得到的结果更接近试验值,误差降低了39.8%。     

典型船舶板架拓扑与形状优化设计

以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。     

变冲击面载荷作用下船舶板架结构强冲击响应研究

为了更好应对复杂的航行条件,对变冲击面载荷作用下船舶板架结构强冲击响应情况进行深入调查和研究,基于变冲击面三维波动函数算法对冲击流场强度和弹性影响参数进行计算,针对计算结果模拟出抗冲击船舶板架结构,分别对板架结构中的平板和加筋板的抗冲击响应效果进行优化。最后通过实验检测表明,结合变冲击面三维波动函数算法对船舶板架结构进行分析和优化可有效提高船舶板架的抗冲击性,保障船舶航行安全。     

船舶和海洋结构物建造中的计算焊接力学进展

针对薄板结构的失稳现象,基于固有变形理论和弹性有限元分析,预测其焊接失稳变形分布、失稳变形模态及对应临界失稳条件;针对海洋平台中厚板的多层多道焊问题,热弹塑性有限元分析需要消耗大量的计算机资源以及计算时间,且计算精度不易确保,这就需要应用更先进的数值分析方法进行研究,若得到焊接残余应力的精确分析结果,则可用于焊接接头和结构的强度、断裂等性能的评估。总结当前轻量化造船中薄板结构的焊接失稳变形,以及海洋平台用大厚板结构多层多道焊的残余应力等计算焊接力学的进展,并归纳了影响焊接接头力学性能的因素。     

基于改进遗传算法的船体板架结构优化设计

为了有效降低船体板架振动幅度,针对当前船体板架结构,提出基于改进遗传算法的船舶板架结构优化方法。以遗传算法为核心,对当前船体板架结构优化设计变量求值,明确变量关系,划分当前板架结构元,根据船体板架不同部位的受力特征,将当前船体板架划分为梁元和壳元2个受力分区,通过弹性截面受力关系,确定其弹性系数,建立船体板架优化的目标函数,引入屈服强度和刚度2个参数,求取优化变量值,实现对当前船体板架结构的优化。实验数据表明,优化后的船体板架结构,横向振幅降低了23%,纵向振幅降低了29%,有效降低了船体板架振动幅度。     

焊接顺序对船体分段的焊接变形影响

采用固有应变法仿真计算不同焊接顺序下船体分段的焊接变形。研究结果表明,在三种焊接顺序下,船体分段整体呈现外张趋势;同一焊接顺序下,纵骨越靠近舷侧,垂向变形越大;从横向和垂向焊接变形来看,先由船中向两舷对称地焊接横向构件,再由船中向两舷对称地焊接纵向构件,即焊接方案A为船体分段较优焊接顺序。     

船舶典型板架结构机器人焊接系统

针对船舶典型板架结构的特点,传统焊接机器人无法进行高效率运用的现状,开发出一种无需人工示教编程的全自动机器人焊接系统。该系统采用结构化非示教编程技术,通过激光扫描来获取结构数据,经过后台计算得到焊缝具体位置及起止点。整个焊接过程无需人工干预,机器人系统可自动寻找焊缝并进行焊接,包括平角焊、立角焊、包角焊、圆弧焊等多个复杂位置焊缝。该机器人系统适用于船舶典型板架结构的焊接,解决了传统焊接机器人无法焊接装配精度不高、无工装夹具、焊缝短且结构复杂的结构件的问题。     

基于固有变形的船用钢薄板对接焊失稳变形的数值分析

在船用钢薄板的焊接过程中,不但会产生常见的焊接变形,也有可能产生焊接失稳变形。本文以焊缝的固有变形为依据,阐明船用钢薄板对接焊失稳变形产生的内在机理;同时,以固有变形为输入参数,通过弹性有限元分析的数值模拟,预测出可能产生的失稳变形模态和变形值;最终,通过四种不同的工艺方法(激光焊、瞬态热拉伸、随焊激冷和间断焊等),来减小固有变形的数值,并控制薄板对接焊接头可能产生的失稳变形。     

极地小型邮轮加筋板结构冗余度试验研究

以极地小型邮轮加筋板结构为研究对象,设计并制作典型加筋板缩比模型,开展完整结构和损伤结构的轴向压缩极限强度试验研究,揭示完整结构和损伤结构下,主甲板板架结构的极限承载能力和屈曲失效模式,并基于全船结构强度有限元方法,计算主甲板板架完整结构和损伤结构的应力,进行了主甲板板架结构冗余度评估。研究发现：轴向压缩载荷作用下,单独一根加强筋出现局部损伤会小幅度降低加筋板结构的极限承载能力;加筋板完整结构和损伤结构屈曲破坏模式均为加强筋率先破坏引起整个板架结构屈曲破坏;单独一根加强筋的损伤不会引起极地小型邮轮加筋板结构的连续性垮塌,具有良好的结构冗余。研究结果对极地小型邮轮结构设计和冗余度研究具有一定参考价值。     

爆点位置对空中接触爆炸下加筋板架破坏的影响

为研究爆点位置对导弹接触爆炸下船体板架破坏所造成的影响,通过有限元模拟研究加筋板架在由2种药量和4个爆点位置组合成的8种工况下的破坏过程、破口大小及变形能,对比分析同种药量下爆点位置对加筋板架破坏的影响。结果表明:相同药量的炸药在加筋板架的不同爆点位置接触爆炸时,所产生破口大小间的差异可达20%以上,药量较小时,破口形貌的差别也较大;炸药在肋骨与纵骨交汇处爆炸时,与相同炸药在板格中心爆炸相比,加强筋的变形能可高出2倍左右,加筋板架的变形能则可高出40%以上。     

夹芯复合材料加筋板真空和水中自由振动分析

基于1阶剪切变形理论（FSDT）和Hamilton原理,利用狄拉克函数描述加筋,推导夹芯复合材料加筋板在真空中的自由振动控制方程;进一步假设浸没于水中的夹芯复合材料加筋板为薄板,根据流固耦合面上的法向加速度连续条件,对横向自由振动方程进行重构,得到整体结构在水中的控制方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅里叶级数求解方程,并与文献及数值结果进行对比,验证了本文方法的有效性。进一步研究了加筋位置和数量、面板厚度及芯层厚度变化对夹芯复合材料加筋板自由振动的影响,为工程实际的结构优化设计提供参考。     

舱室火灾作用下甲板板架热力响应及防护性能

文章使用基于大涡模拟算法的火灾动力学仿真手段模拟实际舱室油池火灾的场景,考虑环境与结构的对流辐射换热,以及板架初始缺陷和材料高温热力学特性,采用顺序热力耦合算法,对比侧向载荷作用下有涂料防护板架和无防护板架的热力响应,并计算分析防火涂料不同涂设位置对板架热力响应以及结构变形的影响。结果表明,甲板板架结构温度和热应力不会因防火涂料的保护而改变其分布规律,但数值会明显降低;火灾下甲板板架结构应力主要受温度影响,其次是侧向载荷;火焰上方板架无涂料保护的纵骨会在火灾持续时间内失效,而防火涂料保护下的结构基本处于弹性状态;防火涂料涂设位置的不同对板架结构变形影响较大,其中纵向和横向构件的保护对抵抗板架变形起重要作用;涂料仅保护甲板板时,纵向和横向构件温度及应力将大于无涂料板架;防火涂料可有效延迟结构屈服和形变,为火灾救援提供时间。研究工作可为实际火灾场景下的船舶结构抗火设计与安全评估提供参考。     

船底板架焊接胎架约束力分布规律分析

为了保证船底板架在装焊过程中胎架连接板的安全性,采用热弹塑性有限元法模拟横骨架式船底结构的焊接过程,比较分析无约束和受胎架固定约束条件下的焊接变形,讨论胎架约束力的分布特点。结果表明,在焊接过程中位于船底板架角端的约束力最大;按顺序从中部肋板依次对称向两侧拆除胎架连接板有利于减小拆除过程中的最大约束力。     

基于Kriging模型的船舶典型双层底板架强度和稳定性全局敏度分析

基于Kriging近似技术分别构造具有5根、7根龙骨的双层底板架结构强度和稳定性计算代理模型,利用Sobol＇进行双层底板架结构各设计参数对板架强度和稳定性响应指标的全局敏度分析.分析结果表明：对于强度响应,板架尺度及布置参数、构件尺寸参数均对其存在较大的影响;而对于稳定性响应,板架尺度及布置参数对其敏感程度较高,构件尺寸参数对其影响较为有限.