矩形耐压舱预应力支柱优化设计

[目的]为有效降低矩形耐压舱顶甲板的弯曲应力,[方法]提出在耐压舱内部设置预应力支柱。首先,给出支柱布局及尺寸已定的情况,以支柱预应力为设计变量,顶甲板板架弯曲应力为目标函数,建立考虑支柱应力约束的支柱预应力最优配置数学模型;然后,进一步将支柱位置作为设计变量,进行支柱布局及其预应力配置优化设计;最后,在预应力优化结果的基础上提出一种降低支柱结构重量的设计思路。[结果]优化结果表明,合理配置支柱的预应力,在支柱重量不增加的前提下顶甲板板架弯曲应力值降低了21.6%;进一步优化后,最终的支柱优化设计方案使顶甲板板架弯曲应力进一步降低了16.0%。[结论]研究结果可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

用ANSYS进行甲板板架稳定性计算

研究了用ANSYS软件进行线弹性甲板板架稳定性计算的实用方法。介绍了采用ANSYS进行结构稳定性计算的理论及结构失稳计算的一般步骤，用支柱稳定性计算和板稳定性算例验证了ANSYS线弹性结构失稳计算的正确性，以此为基础研究了用ANSYS对甲板板架失稳的计算方法。通过对未简化和简化的两种甲板板架有限元模型的计算，表明采用简化的板架有限元模型可方便获得甲板板架结构的整体欧拉应力值。     

具有相同横梁或不同横梁的板架的稳定性

本文由两个部分组成。第一部分中討論了具有相同横梁板架的稳定性問題。在解題时,假設板架的纵梁和橫梁各具有相同的失稳形状X(x)和Y(y),从而将此种板架的稳定性問題轉化为一根相当纵梁在彈性基础上,或在相同的中間彈性支座上受到軸向力的稳定性問題,而X(x)为其失稳形状。上述彈性基础或彈性支座的刚性系数,以及相当纵梁的軸向力的大小,皆与某一相当橫梁的自由振动頻率有关,Y(y)即为該相当橫梁的自由振动形式。利用作者推导所得的公式,既可以用来計算纵梁相同的板架,得到与精确解相同的結果;也可以用来解不同纵梁的板架而得到近似解。在后一种情况下,本文的方法具有与现用方法相同妁精确性,但应用的范圍要广泛得多,且計算的工作量也大为减輕。論文的第二部分,討論了具有不同纵梁和不同横梁的析架稳定性问题。利用本文第一部分的推导,該問題可轉化为一根相当纵梁在不同的中間彈性支座上的稳定性問題。对于仅有一根不同横梁或一对对称布置的不同横梁的板架,又可将該問題的解簡化为一个单独的計算公式。文章还给出了数值計算的例題,以說明公式的应用和解題的工作量。     

船体平面板架振动近似计算方法

本文提出了船舶上常见的四周任意固定(包括弹性固定)的平面板架振动的近似计算方法,它与“船舶设计实用手册”中的近似方法同样简便,并能计算后一方法不能计算的由端部固定条件不对称梁组成的平面板架。本文还将近似方法与有限元法计算进行了比较。由比较表明:无论对于端部固定条件对称还是非对称的平面板架,本文近似方法均比较准确。文中还探讨了四周任意固定(包括弹性固定),由数量足够多的纵、横梁组成的平面板架振动的简便计算方法。     

船底板架重量的优化

本文以某一货船的底部板架作力参考板架,进行重量优化,探讨了纵桁数目、肋板数目、许用应力、纵桁位置等因素对板架最小重量的影响,对约40个板架设计作了优化计算。在文中采用了新的板架计算方法和新的非线性规划方法。计算表明,对板架的最小重量存在着最佳的纵桁数目和最佳的肋板数目,而设计应力稍加提高,有可能节省较多的重量。     

基于动力学优化的大跨度板架区域支柱拓扑布局研究

大跨距结构是舰船的典型结构特征之一。大跨距结构的低刚度特征导致结构位移及振动幅值较大，使减振设计难度较大。该文分析了某舰船在艏侧推激励下大跨度板架区域结构振动。针对大跨度板架下支柱的布局，建立拓扑优化基结构，采用变密度法（SIMP法）建立以结构质量最轻为目标函数，考虑指定位置处振动速度约束的看台支柱布局拓扑优化模型，进行动力学拓扑优化设计。研究表明：采用文中给出的大跨距支柱拓扑布局优化方法可得到1套振动控制性能良好的支柱布置方案，该方法可以减少繁复的设计及动力学计算工作量，得到更好的减振效果。     

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.     

聚脲涂层舷侧板架抗撞性能试验研究

针对船舶舷侧结构抗碰撞问题,开展有无聚脲涂层舷侧板架落锤试验研究。以某型舰船结构为依据建立舷侧板架有限元模型,利用瞬态动力学软件MSC/Dytran对模型进行数值仿真并确定落锤高度及试验工况。在此基础上,制作模型板架进行有无聚脲涂层舷侧板架落锤冲击试验,分别获得有涂层和无涂层舷侧板架在碰撞冲击载荷作用下的损伤变形、破口大小及碰撞力,对比研究聚脲材料的抗撞防护性能。结果表明,聚脲涂层的存在能够加强舷侧板架的耐撞防护性能。     

聚脲涂层舷侧板架抗撞性能试验研究

针对船舶舷侧结构抗碰撞问题,开展有无聚脲涂层舷侧板架落锤试验研究。以某型舰船结构为依据建立舷侧板架有限元模型,利用瞬态动力学软件MSC/Dytran对模型进行数值仿真并确定落锤高度及试验工况。在此基础上,制作模型板架进行有无聚脲涂层舷侧板架落锤冲击试验,分别获得有涂层和无涂层舷侧板架在碰撞冲击载荷作用下的损伤变形、破口大小及碰撞力,对比研究聚脲材料的抗撞防护性能。结果表明,聚脲涂层的存在能够加强舷侧板架的耐撞防护性能。     

带开口加强的变异板架设计

根据船级社规范公式提出规范计算方法的修正系数,研究带开孔加强板架的简化设计方法,并用有限元计算对此方法做对比分析,结果证明该方法完全满足快速确定变异板架中构件尺寸的要求.     

总纵强度耦合作用下船体板架振动计算

船体在海上营运时，船体产生中拱状态弯曲和中垂状态弯曲，所以船体板架是处在复杂弯曲状态。以往船体板架振动计算都忽略了这种影响。本文讨论用有限元方法和原理应用于这类计算，推导了板架局部振动的计算方法，给出了计算实例。通过计算表明，本文方法可用于实际，为舰船振动校核计算提供了手段。     

总纵强度耦合作用下船体板架振动计算

船体在海上营动时，船体产生中拱状态弯曲和中垂状态弯曲，所以船体板架是处在复杂弯曲状态，以往船体板架振动计算都忽略了这种影响。本文讨论使有限元方法和原理应用这类计算，推导了板架局部振动的计算方法，给出了计算实例。通过计算表明，本文方法可用于实际，为舰船振动校核计算提供了手段。     

总纵强度耦合作用的船体板架强度计算方法

船体板架局部强度计算时，由于受到总纵弯曲的影响，实际上极架都是处在复杂弯曲状态，以往板架局部强度校核时未考虑这种影响。本文采用有限元方法原理，考虑总纵强度对局部强度的耦合影响，推导和发展了板架局部强度校核方法。对比计算表明，本方法可用于实用计算。     

计及侧向载荷作用的纵骨梁柱多跨失稳载荷-端缩曲线确定方法

针对现有船体梁极限承载能力计算的Smith法不能计及侧向载荷作用的问题,本文提出了一种考虑侧向载荷作用下板架变形的纵骨梁柱失稳的屈曲载荷计算模型和方法,推导了计及侧向压力对板架影响的纵骨梁柱屈曲载荷-端缩曲线公式。进行了纵向与侧向载荷共同作用下三个板架的极限承载力计算,分析讨论了侧向载荷、板架参数等对纵骨梁柱屈曲极限强度的影响规律。应用本文方法编制了考虑侧向荷载作用的船体梁极限强度程序,进行了实船的计算和对比分析。     

局部板架的振动计算研究

采用直接简化计算的方法对船上常见的局部板架结构的固有频率进行计算和分析研究。考虑到船上常见的局部板架结构和板架所处环境的不同,分3种不同类型的板架,同时考虑所处空间介质和船体内环境的不同,分别进行研究和计算;与激励源相比后适当修改板架的设计加强方式,以达到初期设计阶段避免船体局部共振的目的。     

端面转角对板架结构极限强度的影响研究

文章以单层板架、开孔单层板架和双层板架为研究对象,采用非线性有限元法,开展了端面转角对板架结构极限强度的影响研究。首先对单层板架、开孔单层板架和双层板架在不同端面转角下的极限强度进行了系列数值计算,然后对比分析其极限载荷和失效模式,获得了端面转角对板架结构极限强度的影响规律,为开展甲板板架结构极限强度试验提供方法参考。     

弧形闸门薄板板架计算的新方法*

弧形闸门结构强度高、结构简单、操控方便,在国内外水利工程中得到广泛应用.弧形闸门属于空间板架结构,计算方法采用有限元方法和平面体系结构力学方法.从经典板壳理论着手,分析具有纵横加强的板架强度问题,利用奇异函数精确定位各梁的位置,推导出静力平衡微分方程,提出了弧形闸门的薄板板架计算新方法,并与有限元计算结果和平面计算结果对比,探讨该方法的可行性和计算精度问题.     

碰撞载荷作用下加筋板架动响应分析研究

研究碰撞载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解船舶碰撞力学机理和开展船舶耐撞性结构设计具有重要的指导意义。基于最近国外加筋板架碰撞模型系列试验结果,应用数值仿真的方法对其中5种典型加筋板架进行计算分析,得到不同加强筋情形下板架的动态响应特征,并从损伤变形模态及变形大小、应变三个方面与模型试验结果进行对比分析,结果表明两者具有很好的一致性,同时证明了本文碰撞数值仿真方法的有效性。     

大跨度板架屈曲分析的非线性有限元法

大跨度板架作为客滚船、登陆舰等大型船舶的重要结构,其屈曲强度是船舶设计阶段需重点关注的。为了开发实用的屈曲强度分析方法,采用大跨度板架的等效简化结构,应用特征值屈曲分析,寻找结构在线弹性范围内的失稳临界点;采用ABAQUS/Explicit非线性有限元方法(NFEM)、考虑非线性因素,给出大跨度板架屈曲强度分析的理论及破坏分析的一般步骤。分析结果表明:采用简化的梁系结构,应用非线性有限元方法可方便地分析大跨度板架的屈曲问题。     

加筋板整体屈曲临界应力计算与分析

利用解析法对加筋板稳定性进行了研究,忽略材料非线性的影响,利用理论方法求解四边简支加筋板的整体屈曲临界应力。对有一根加强筋的加筋板,定义板的挠曲函数,将其代入边界方程和协调方程,求解线性方程组的特征方程得到加筋板的临界应力。对有2根或多根加强筋的规则加筋板,利用能量法导出统一计算的公式得到临界应力。最后,利用有限元软件Abaqus和Nastran进行数值仿真,与理论解比较后得出本文计算方法是正确的,可以准确求解加筋板的稳定性问题。