舰船结构弹塑性冲击响应数值计算

舰船的结构强度是保障其航行安全性的关键,水下爆炸冲击会对舰船的船体结构产生冲击性载荷,但载荷超过舰船结构的弹塑性临界值时,就会对船体造成不可恢复的破坏,造成沉没等。因此,世界各国花费大量的人力和财力,不断研发新型舰船,提升舰船结构的抗水下爆炸冲击性能。本文首先分析水下爆炸冲击作用的特性,结合船体壳状结构的力学模型,利用有限元分析软件Ansys进行舱段的弹塑性分析,有助于提高舰船结构的强度优化设计。     

基于设计波法的舰船整船有限元强度分析

基于谱分析法对舰船剖面波浪载荷进行长期预报并确定设计波参数.利用有限元软件MSC.Patran 建立了全船有限元模型,通过PCL语言实现设计波波浪压力对船体湿表面有限元网格的自动加载.对2个设计波下的整船有限元进行分析,结果表明:整船分析不仅能真实表现舰船整体总纵变形和应力水平,还能充分考虑局部载荷对结构响应的影响.另外,基于三维水动力理论分析船体运动和剖面载荷进而确定设计波参数的过程,克服了传统经验公式估算载荷所导致的结果的不确定性和强度校核的不合理性.     

玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发

在简述Visual Basic 6.0 软件开发程序和Pro/Engineer 3D CAD/CAM 系统软件的基础上,阐述了利用这两个工具编制计算机辅助玻璃钢游艇设计系统的过程.该系统可以通过输入设计新船的主尺度及部分型值要素,通过光顺计算取得到新船的型值表,并利用Pro/Engineer 进行船体型线的三维建模.最后提出船舶CAD软件的发展趋势.     

一种结构垂向冲击载荷测量方法分析研究

某些作用在舰船结构上的瞬态动载荷,由于受到客观条件限制（比如空间狭小）,不方便直接通过压力传感器获得其大小,而该载荷对于船体结构设计又关系重大,如何取得外载荷曲线便成了十分关键的问题。针对实船某承受特殊冲击载荷的基座结构,通过测量其结构动应变,利用材料应变-应力关系曲线得出了冲击载荷的时间历程曲线,最后用有限元法对该冲击载荷测量曲线进行验证。结果表明,当结构应变率小于3mm/mm/s时,可采用静态材料应变-应力关系曲线对结构冲击载荷进行测量计算,从而为此类结构外载荷测量方法提供参考。     

基于CAD/CAM的舰船用高精度零件加工技术

传统舰船用高精度零件加工技术使用图纸对高精零件进行设计刻画,造成实际生产中出现较大的加工误差,为此设计基于CAD/CAM的舰船用高精度零件加工技术。完成零件几何加工建模的构建,使用多体拓扑结构描述高精度零件的几何形状,预留出精加工余量,使用周期传感器测定加工分度参数,审核精加工质量以及加工精度;使用编程代码在CAD/CAM技术上补偿测量零件误差,实现舰船高精度零件精准加工。实验数据表明,设计的高精度零件加工技术比传统高精度零件加工技术的加工精准度高25%,说明设计的方法具备极高的有效性。     

一种基于偏微分方程的高速水面舰船型线自动生成方法

在应用微分几何原理对高速舰船船体型线几何特征边界条件进行分析的基础上,提出了一种应用数学模型构建高速水面舰船船型的设计方法。文中的方法在设计出用函数表达实船的船体形状后,能借助无需人工干预型值CAD技术自动得出设计船的型值表、型线图和任意视向的立体船图,且能保证具有最小阻力这一目标性能。     

薄膜型LNG船晃荡冲击局部强度分析建模方法研究

为保证薄膜型LNG船(No96型)的营运安全,除绝缘箱外,还有必要对晃荡冲击载荷作用下船体结构进行局部强度分析.考虑到分析对象的不同,同时为了简化有限元模型和降低船体结构局部分析的计算工作量,针对船体结构局部强度分析中绝缘箱建模范围,树脂绳模拟方式以及绝缘箱网格基本尺寸提出了建议并进行了可行性验证.研究表明,建议方法可以在满足计算精度的前提下,极大减少船体结构局部强度分析的工作量,可为晃荡冲击载荷作用下薄膜型LNG船(No96型)船体结构局部强度分析及相关规范制定提供有效的参考.     

船体在水下冲击作用下的动态响应仿真

舰船在执行任务时,不可避免的会发生敌方鱼雷、导弹等武器的打击,在水下的冲击场景主要有接触爆炸、非接触爆炸和自身冲击等,其冲击作用可能会造成船体结构的损伤,甚至造成舰船沉没等事故。因此,研究船体结构在水下冲击作用下的强度与力学响应有重要的意义。本文详细研究了水下冲击与爆炸理论,建立了水下冲击模型,并基于有限元分析软件Abaqus进行了船体的有限元建模、网格划分、冲击载荷施加与动态响应仿真。     

基于本征函数的舰船冲击环境工程化预报方法

对舰船冲击环境理论解分析,通过数值试验建立了一种冲击环境工程化预报方法。通过分离变量法将冲击环境的预报分为特征谱速度和冲击环境本征方程两部分。特征谱速度主要与外载荷参数及舰船尺度特性相关,反映冲击载荷对冲击环境的影响程度;冲击环境本征方程与系统固有特性有关,描述冲击环境在船体结构中的衰减规律。通过典型舰船冲击环境数据对预报公式中的参数进行了分析。最后,将建立的预报方法与实船试验得到的结果进行了对比,表明了该方法的合理性和适用性,可为舰船在早期设计阶段开展抗冲击设计提供参考。     

首尾开槽类船体结构的波浪外载荷研究

文章从规范公式计算、三维线性势流理论预报两方面进行了首尾端开槽的绞吸式挖泥船船体结构波浪外载荷研究。三维线性势流理论预报的波浪外载荷计算是基于实际模拟船体开槽区域的开敞式湿表面和将船体开槽区域定义为船体内部液舱的两种不同方式进行。基于工程设计的实际出发,论文旨在综合探讨适合于首尾端开槽的船体结构波浪外载荷计算方式,并进而解决首尾端开槽结构的船型总强度设计载荷问题。     

船型结构物的总纵强度直接简化计算技术研究

从简化载荷施加和力学三维有限元模型的建立上进行了船型结构物的总纵强度直接简化计算技术的研究。直接简化计算技术绕开现代流行却复杂较难实现的设计波方法,借助规范波浪载荷的分布,结合现代数值计算技术,利用数值积分实现波浪载荷的模拟,同时寻求船体静水载荷分布数值化和解决三维粗网格模型的快速模拟,最终实现船型结构物设计载荷的数值模拟和总纵强度的三维设计。文章旨在寻求适合于前期设计阶段的船体结构总纵强度三维设计技术,并有效解决质量分布模拟而引起的一些客观问题,同时突破传统的二维剖面设计中非连续结构参与总纵强度的主观性判断,从工程应用角度快速有效地完成船体结构刚度和强度设计。     

舰船在水下爆炸载荷作用下的总强度研究

通过数值方法模拟舰船受水下爆炸冲击波载荷及气泡脉动载荷作用下的整体响应。计算过程中,考虑波浪载荷的作用,给出水下爆炸载荷与波浪载荷联合作用下船体响应计算方法,并与传统舰船船体强度分析方法相结合,分别研究水下爆炸冲击波载荷、气泡脉动载荷以及波浪载荷的相互作用下,船体强度计算方法。研究结果表明,在水下爆炸冲击波阶段可以忽略波浪载荷的影响,而在气泡脉动阶段,必须考虑波浪载荷与气泡载荷的联合作用。本研究旨在为水下爆炸载荷作用下的舰船总强度研究提供参考。     

舰船双层底新型抗冲击结构形式的冲击性能数值仿真研究

双层底结构是舰船机舱的重要组成部分,在船舶局部强度的提高、机舱的防水性等方面发挥着重要的作用。舰船主机在运行时不可避免的产生振动和冲击,该振动和冲击会通过支撑部件传送到双层底结构,并引起双层底结构的受激振动,进而导致其他船体结构的振动和冲击。由于双层底结构是船舶强度支撑的重要部件,其抗冲击和振动性能对船体结构强度和稳定性有重要意义。因此,舰船双层底抗冲击结构形式和减振技术引起了国内外研究人员的广泛关注。本文采用有限元分析技术,对舰船双层底新型抗冲击结构进行了冲击性能研究,主要包括冲击性能数值计算和振动仿真等内容。     

基于有限元分析的水面舰船抗损结构设计和强度校核

在现代海洋战争中,各种穿甲反舰导弹等武器可以击穿舰艇的舷侧,对船体结构造成致命的破坏。因此,研究和开发舰船的抗损坏结构,提高舰船的抗击打能力与结构强度有重要的意义。本文的研究对象主要分为2个方面:1)舰船抵抗外载荷的承载极限;2)舰船结构破坏后的剩余承载极限。本文基于有限元分析技术,在有限元仿真分析平台Ansys上建立了水面舰船的储油罐结构模型,并对爆炸载荷下的储油罐形变与受力进行仿真分析。     

恶劣海况中大外飘型舰船的总载荷颤振响应分析

[目的]舰船遭遇恶劣海况时艏部砰击会激起船体梁颤振响应,威胁到总纵强度的安全。砰击颤振弯矩与船体刚度和外飘构型相关,但不同船型结构布置和型线差异大,有必要针对大外飘型舰船开展颤振响应分析。[方法]首先,采用COMPASS-WALCS-NE势流时域水弹性方法预报设计海况下的船体梁总载荷,并与分段自航模试验对比验证;然后,再提取艏部砰击合力、典型时刻的船体运动状态和船体梁总载荷响应的时历曲线,通过分析波浪载荷高低频分量的相位差异,研究船舯砰击弯矩与艏部砰击合力的关联性;最后,围绕船体主要设计参数进行敏感度分析。[结果]在设计海况艏部入水时,其砰击合力出现了2次峰值,分别对应于底板和外飘区域的大面积触水过程;颤振弯矩主要由艏部外飘砰击引起,受力面积大,合力距离船舯远,导致砰击弯矩达到了波浪弯矩的同等幅值;大外飘型舰船的砰击弯矩对波高变化最为敏感。[结论]对于大外飘型舰船的总纵强度评估应考虑砰击颤振的影响,对于中垂砰击弯矩需要直接与静水成分、低频的波浪成分叠加,而中拱砰击弯矩应考虑阻尼耗散,可先折减再叠加。     

船体结构三维建模的几个问题

从分析船体结构三维建模对舰船设计的重要性出发，针对结构三维建模中几个具体问题，即船体三维曲面朱生成问题，内底型线的形成问题，肋骨型线图与外板展开图的相互转换问题作了介绍。     

基于NURBS曲线的双艉船型线设计研究

NURBS曲线技术已经广泛使用在CAD/CAM等各个领域里。本文讨论NURBS曲线及其NURBS插值方法,并利用该插值方法设计双艉船的型线。     

战斗破损和火灾时船体剩余强度的评估

研究舰船在遭受战斗破损和火灾两种紧急情况下的船体剩余强度评估问题。引用了在武器作用下确定设计载荷和船体特征的基本观点。考虑了结构受热对温度应力及钢材的物理和力学性能的影响，并对遭受火灾后船体性能评估强度分析的方法基础进行讨论。     

水下爆炸载荷作用下变截面结构中应力波的传播特性研究

随着科学技术的发展,越来越多的学者关注水下爆炸对舰船结构的毁伤特性研究。应力波作为结构载荷和能量传递的形式,对于认识结构系统的冲击响应特性至关重要。但是,关于水下爆炸载荷作用下船体板架类变截面结构中应力波的传播特性目前仍认识不足。本文将基于应力波理论,借助有限元法研究在冲击载荷作用下变截面杆和舷侧外板中弹性波的传播特性。首先,结合应力波理论,基于耦合的欧拉-拉格朗日法(CEL)和欧拉体积分数法研究在水下爆炸冲击载荷作用下变截面杆中弹性波的传播特性,对数值研究方法的精度进行验证;然后研究舷侧外板在受到水下爆炸冲击载荷作用下结构中弹性波的传播特性,并且利用冲击响应谱分析方法研究结构的响应规律,为后续研究复杂舰船结构的冲击响应规律提供参考。     

基于EFSHD的船体三维结构设计

随着CAD/CAM技术在船舶工业的广泛应用.船舶数字化在飞速发展.沪东中华造船集团自主研发的HD-SHM软件系统已被许多大中型造船厂和船舶设计所广为运用.本文以某船体分段为例.详细描述了利用HD-SHM的子系统EFSHD对其进行三维设计的过程,包括外板,甲板板及其内部骨架的三维设计.本文的研究结果对船体三维结构设计有一定的实际指导意义,船体的三维设计过程也为广大软件工作者提供了一个学习交流的平台.