工程结构的拓扑优化设计研究

本文讨论了连续体结构拓扑优化的均匀化方法及其相关理论，分别针对静力问题和特征值问题建立了相应的结构拓扑优化模型。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，尤其在国内尚尾于起步阶段。本文将结构拓扑优化设计理论应用于实际工程结构的概念设计之中，并取得了较好的优化效果。通过对经典算例和某卫星构架子结构的拓扑优化计算，表明本文建立的结构拓扑优化模型能够有效地应用于工程结构的拓扑优化设计，从而为工程结构的结构型式选取提供了有价值的概念设计方案。     

铝合金耐压结构设计分析与试验验证

根据水下潜器总体性能要求,按照最小重量原则,结合规范和有限元方法设计工作潜深为500m的铝合金带加强筋形式的圆柱耐压舱,并通过压力筒加压试验,对Ansys有限元静力分析的精确度进行了验证,为耐压结构设计与校核提供重要参考.     

A characteristic analysis of the dynamic stability of underwater shell-like lattice marine structures

The deformation mechanisms of submerged shell-like lattice marine structures composed of circular arches and membrane are, in principle, of a non-conservative nature as circulatory load system, because the working force is of the follower type, namely hydrostatic pressure. This paper presents the governing equations for the finite deformations of shell-like lattice structures, defined with monoclinic particle coordinates. The governing equations have been developed using the method of disturbed small motions to clarify the stability problem of shell-like lattice structures. Numerical results show that the complex peninsular shaped instability regions are in the excitation force field for arch-lattices under certain loading conditions, and their stability collapses suddenly past a threshold point of dynamic equilibrium, from a heteronomous state to an autonomous state of self-sustained motions. The concept of the existence of an overall dynamic stability threshold for a shell-like lattice underwater structure is presented here.     

水下机器人结构形式及其发展趋势分析

水下机器人的结构是影响其运动性能的重要因素。按框架式、刚性外壳仿生式、柔性外壳仿生式、球形、滑翔式和链式6类结构,对水下机器人结构形式的发展现状和存在的关键技术问题进行分析。重点分析各类结构的驱动速度、加装载重和运动灵活性,以及在水下环境中的运动性和适应性。研究结果表明,水下机器人的结构形式正朝着高度柔性化、整体与局部结构之间高度变形化和多体结构可分离化的方向发展。     

单/双壳体潜艇结构耐撞剩余强度特性研究

单/双圆柱壳体结构是潜艇的两种典型结构形式.以单/双壳体潜艇典型结构为研究对象,分别设计初始深水静压强度相当的典型单/双耐压环肋圆柱壳体结构模型,基于MSC/Dytran罚函数接触算法,开展相同撞击强度载荷作用下结构模型耐撞动态响应特性分析,提取撞击后结构模型中耐压壳体结构的稳定变形位移场,作为MSC/Marc静强度求...     

改进V型夹层板近场水下爆炸抗冲击性能研究

对水下爆炸结构的响应进行分析,设计相应的结构来降低载荷效应是提高舰船抗冲击性能的重要研究内容。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法,考虑流-固耦合等因素的影响,建立完整的水下爆炸数值模型,运用显式动态分析对普通加筋板、常规V型夹层板、改进的V型夹层板进行近场水下爆炸作用下的动响应分析,从结构与流体的相互作用、结构产生的变形、吸能特性等角度综合分析。结果表明,改进后的V型夹层板抗冲击防护性能明显提高,可为舰船抗冲击结构设计提供一定的参考。     

水下爆炸冲击波和气泡联合作用下结构响应数值分析

结构在水下爆炸作用下会产生严重的破坏,研究水下爆炸作用下结构的响应特征和规律,并为舰船抗冲击设计提供参考。首先验证了ABAQUS软件模拟结构受水下爆炸载荷作用弹塑性响应的有效性和准确性。然后应用ABAQUS软件计算不同工况水下爆炸载荷作用下结构的动态响应。从应变、应力等角度考察了水下爆炸载荷对结构动态响应的影响。计算结果表明气泡脉动压力是结构产生鞭状响应和整体破坏的主要因素。     

气垫船导管组合结构设计初探

随着气垫船向大型化发展,作为气垫船结构设计重要组成部分的导管组合结构设计越来越受到重视。文中结合国内已有的典型大中小型导管组合结构的设计参数,从导管组合结构的材料、结构型式以及传力方式等方面进行分析,总结其设计特点,并结合相关规范要求,对导管组合结构设计载荷进行分析。     

设计参数对水下机械手控制机构性能的影响

为研究设计参数对水下机械手的控制及操作性能的影响,以水下液压机械手单关节执行机构为研究对象,确定了下机械手的初始参数;基于流量连续性方程及力平衡方程,建立活塞输出位移对阀输入位移的传递函数以及负载力扰动的传递函数,并以速度放大系数,液压固有频率及液压阻尼比作为水下机械手控制机构的性能指标,详细分析各设计参数对水下液压机械手控制机构性能的影响。研究表明：减小控制阀的位移,增大弹性模量,减小控制阀两端的压差,可以改善控制机构的响应速度和稳定性,提高机械手的控制和操作性能。     

浅谈尾部结构轻型设计的思路

主要研究不同主尺度和载货类型的运输船舶尾部结构设计的特点。针对近年来出现的轻型尾部结构分别进行整体挠度分析和模态分析,比较它与传统设计方式之间的差别;同时也针对尾部结构整体模态估算公式中有效剪切面积的计算方法进行探讨,在计入其影响后与有限元法模态分析的结果进行比较,并指出尾部结构轻型设计应当注意的技术要点。     

聚氨酯夹层板舱口盖振动特性研究

聚氨酯夹层板(SPS)因其出色的力学性能、减振降噪特性等在船舶建造领域得到了广泛应用。以船舶轻量化、高性能设计为目标,以64000DWT散货船钢制舱口盖为替代目标,采用聚氨酯夹层板设计新型舱口盖结构,基于有限元软件Ansys Workbench开展SPS舱口盖结构振动特性分析,研究其模态振型、谐响应和随机振动。通过与钢制舱口盖振动特性的对比研究,论证了聚氨酯夹层板在船舶减重和结构减振方面的优势与前景。研究结果表明:SPS舱口盖设计方案,在实现整体减重12%的情况下,使谐响应振幅降低75%;在1σ区域内,使随机振动的位移、应力响应分别降低了63.4%和76.1%。研究结果可以为船舶结构轻量化设计、舒适性改善等提供参考。     

Structural behaviour of a high tensile steel deck using trapezoidal stiffeners and dynamics of vehicle–deck interactions

As an early part of a large design and fabrication-oriented project FasdHTS funded by the GROWTH programme of the European Commission, an exotic concept ship was designed in very high tensile steel (EHS690) with the purpose of finding out consequences for design and production. The project has already produced a considerable bank of knowledge for design and shipyard production in this material.This paper presents analysis and discussions on static and dynamic behaviour of a high tensile steel deck designed with trapezoidal stiffeners. First, a finite element model of the deck structure is created. The influence of support condition for the longitudinal girders, and the contact area between the vehicle tyre and panel were analysed. The results from modal analysis of the structure under different load conditions are presented. The different load conditions comprise the unloaded and loaded deck, and the load type, i.e. cargo loads or vehicle loads (car loads or truck loads). From the frequency response analysis under harmonic excitation, it shows how the locations and numbers of cars parked on the deck influence the dynamic response of the structure. Furthermore, by studying the car–deck interaction, it is found that the effects of normal cargo loads are quite different from the vehicle loads due to the spring/damping effects of the vehicles. It is suggested that the carloads have a similar mechanism to that of tuned mass dampers. Finally, two transient analyses of the structure due to excitations transferred from deck supports and lorry braking-induced loading are performed. It is suggested that the deck structure and vehicle design could have more interactions with each other.     

运用代理模型方法预测潜艇结构模型的振动声辐射

基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法,以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。     

水下浮式结构优化设计及力学特性试验

针对大长细比浮式结构水下工作时存在涡激振动、结构稳定性差、动态特性明显等问题,分析计算水下浮式结构力学特征、动力学特性,寻找解决减小水下浮式结构涡激振动效应的方法。同时采用物理模型试验方法验证研究成果的准确性。研究结果表明,采用合理导流板结构形式,可有效降低水下浮式结构涡激振动效应。该理论分析与仿真计算方法可有效应用于水下浮式结构优化设计。     

水下爆炸冲击波与气泡载荷作用下船体结构的动响应

由冲击波引起的结构动力毁伤与由气泡引起的结构动力毁伤机理不同.基于双渐近（DAA）理论,建立-套有限元方法与边界元方法相结合的数值计算程序.分别研究非接触水下爆炸冲击波载荷与气泡载荷作用下三维船体结构的动响应,阐述水下爆炸载荷与三维船体结构之间的流固耦合理论.通过算例,详细讨论冲击波与气泡载荷作用下船体结构的总体响应和局部响应的-些特征与机理.计算结果表明,在非接触水下爆炸中,冲击波主要是对船体结构造成局部毁伤,而气泡则会对船体结构造成总体与局部的双重毁伤.     

弹性垫形式的水下弹性体发射动力学分析

弹性垫会对水下运载器发射动力学产生影响,文章针对弹性垫形式,利用Lagrange方程推导了新型适配关系下的发射动力学方程,同时考虑了运载器的刚体运动、弹性变形、弹性垫变形与接触对发射过程的影响。利用文中的方法,建立了水下运载器发射动力学模型,对发射过程的载荷进行了求解,研究了弹性垫数量、刚度、位置等参数对运载器弹性振动的影响。结果表明文中方法是有效的,可用于水下运载器发射动力学分析。     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

潜艇弹、刚性连接平台静动态响应分析

首先利用ANSYS程序分析了潜艇内部弹、刚性连接平台在受到静载荷和谐响应激励作用下的响应，然后利用LS-DYNA对潜艇典型舱段在受到水下近场爆炸冲击作用时弹、刚性连接平台的响应进行了研究，并进行了弹、刚性连接平台的静动态响应对比分析。     

基于CATIA二次开发的水下平台静水力计算

水下平台静力计算包含初稳性计算、潜浮稳性计算、大倾角稳性计算、重量重心统计等,传统潜艇、潜器等水下平台的静力计算具有计算过程繁琐、耗时长、效率低、数据不易更新等问题,导致设计人员大量重复性劳动。本文通过对CATIA软件进行二次开发,在水下平台三维建模基础上,编制静水力和重量重心计算程序,可直接计算、获取静水力要素并实现重量重心的自动统计,达到计算的自动化、程序化和数据的及时更新,提升设计手段,对潜艇、潜器等水下平台设计中控制浮态、稳态具有重要作用,工程应用价值较高。     

Calculation method of underwater acoustic and vibration response of cabin segment based on onshore vibration test北大核心CSCD

[Objective]This paper proposes a method for calculating the acoustic and vibration response of underwater cylindrical shell structures based on land-based vibration test results.[Methods]An axisymmetric boundary element method (BEM) is introduced to describe the radiation acoustic field of the shell. The relationship of acoustic pressure at the nodal point of the generatrix with velocity is obtained by solving the numerical solution of the boundary element integral equation, then the acoustic radiation impedance matrix of the outer surface of the shell and acoustic transfer vector (ATV) are constructed. Based on the assumption that the low-order vibration mode of an underwater cylindrical shell is the same as that of an onshore cylindrical shell, combined with the modes and acoustic radiation impedance matrix of an onshore cylindrical shell, the modal added mass and damping are calculated. [Results]The natural frequency calculation formula of the underwater cylindrical shell is established on the basis of the onshore mode, and the calculation method of underwater vibration response and acoustic radiation characteristics with the vibration response in air as input is obtained based on mode superposition method.[Conclusion ] The numerical results of a typical cylindrical shell with internal structure show that the method meets the engineering accuracy requirements. © 2023 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.