一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性.本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础.     

一种双向曲率板成型应变分布的力学计算方法

在双向曲率板线加热成型及滚压成型的工艺设计研究中,一项十分重要的工作就是依据所需目标形状计算应变分布并以此确定加工路径和工艺参数,因此应变分布计算的精度直接影响到加工路径和工艺参数的准确性。本文介绍了一种基于力学方法的应变分布计算方法,首先对平板施加节点位移场进行弹塑性计算,由于存在回弹现象,需对节点位移场进行反变形修正,本文将得到的形状与目标进行对比后,再利用两者偏差对位移场进行迭代修正,直到两者偏差满足精度要求,最后将得到的应变场以初应变的形式输入到平板模型上,用初应变法的结果对应变的计算方法进行验证,证明该方法的精度,为后续加工路径和工艺参数的准确确定提供基础。     

船体曲率板感应加热成形工艺研究

[目的]在船舶建造过程中,板材的弯曲成形工艺不仅影响建造成本及周期,而且其成形精度也会影响船舶的水动力性能及其运营成本.[方法]针对船体板材双曲率成形效率低且精度差等问题,首先以感应加热作为热源,实现热弯成形,得到典型的帆形曲率板;然后通过高效的热?弹?塑性有限元(TEP FE)计算及基于弯曲力矩的弹性有限元计算,再现...     

船体梁约束扭转极限承载力计算的简化逐步迭代法

船体梁约束扭转极限承载力计算由于问题复杂至今未有理论解，只能用非线性有限元方法计算，效率很低。论文通过对25块实船板格的非线性有限元分析，引入板的柔度系数，构建了加筋板格的剪切应力与应变关系，提出了船体梁约束扭转的变形和应力假设，构造了船体梁约束扭转的简化逐步迭代计算方法，编制了相应的计算程序。实船算例表明，所提出的剪应力与应变关系和约束扭转极限承载能力的计算方法与非线性有限元方法相比，具有较高的精度和效率，可应用于船舶与海洋平台结构以及各类薄壁梁约束扭转极限强度的计算。     

鞍形板感应加热成形的弹性有限元分析

鞍形板是典型的船体双曲度板之一，在使用高频感应加热成形鞍形板的研究过程中，多加热线的感应加热变形预测是钢板感应加热工艺研究的关键技术问题。该文基于固有应变理论和弹性有限元分析方法，通过大量钢板多场耦合的数值计算建立了工艺参数和固有应变的关系数据，以实际的固有应变作为载荷输入参数，应用弹性有限元模型计算多加热线鞍形板的整体变形。鞍形板的弹性有限元分析结果得到的挠度值与实验值一致，计算时间短，计算误差符合工程精度要求。因此，分析结果表明鞍形板多加热线的弹性有限元分析模型可以应用于鞍形板的变形预测。     

基于改进AK-MCS法的船舶板架极限强度可靠性分析

[目的]船舶结构极限承载能力不足会导致海损事故,为此提出改进AK-MCS法,用于船舶结构极限强度可靠性研究。[方法]通过引入信息熵中的学习函数H对样本点进行二次寻优,以提高最佳样本点的质量,从而提高Kriging模型的精度和更新效率;采用K折交叉验证替代AK-MCS法的迭代停止准则,解决原本迭代停止准则过于保守的问题,以有效避免发生过学习和欠学习状态,从而以较少的样本点训练Kriging模型,实现对极限状态函数的高度拟合。使用非线性振荡器数学模型进行验证,并将改进AK-MCS法应用于船舶板架的极限强度可靠性研究。[结果]仿真结果表明,改进AK-MCS法调用有限元模型的次数比原方法减少了38%,验证了改进AK-MCS法的求解效率和精度。应用结果表明,该方法的计算精度最高,且调用有限元仿真次数比原方法减少32%,验证了改进AK-MCS法在船舶板架极限强度可靠性研究中的适用性和高效性。[结论]使用改进AK-MCS法研究船舶板架极限强度的可靠性,可评估船舶实际航行中局部结构尤其局部较危险结构的失效概率。     

船舶板梁组合结构的振动分析

采用Ｍｉｎｄｌｉｎ板单元和参考轴杆单元,建立了考虑板剪切变形、骨架剪切变形和骨架偏心影响的船舶板梁组合结构振动分析模型,并研究比较了不同船舶板梁组合结构振动分析有限元模型的计算精度。最后通过对某舱室甲板固有频率计算值和实测值的比较,讨论了船舶局部结构振动分析中边界条件处理问题。     

罗源湾2×5万吨级码头前板桩结构变形计算

罗源湾2×5万吨级泊位采用前板桩高桩码头结构，这是一种较为复杂的混合结构。为了确保码头结构可靠性，前板桩结构变形计算采用了空间杆系有限元和平面应变有限元两种方法。介绍了两种计算方法的关键参数取值和前板桩变形计算结果，并将计算结果与变形实测数据进行了比较，从而验证了了两种计算方法关键参数取值的合理性。     

面向船舶制造的柔性胎架调节设计

针对船用胎架尚未实现与现有造船集成制造系统数据的自动化对接和自动调节的问题,在传统胎架的基础上进行柔性胎架设计。运用图形学中常用的非均匀B样条,根据船舶型值表,利用MATLAB仿真重构船舶曲面外板,反算控制顶点,估算曲面曲率,将初始化船舶外板拟合曲面数据导入数据处理系统,换算为每个胎架的坐标,结合胎架实际受力情况调整胎架位置和高度,可提高船舶胎架的利用率、造船效率、分段装配和焊接精度。     

固有应变的概念及其在船舶建造中的应用

本文阐述了固有应变的基本概念及影响因素,介绍了以固有应变为基础的弹性板单元有限元残余变形预测法。通过典型船体结构的焊接变形预测和船板的热应力弯曲成形变形计算的实例,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元残余变形预测法在船舶工业中应用的可行性。     

大型尾部分段装焊固有应变有限元计算精度控制技术

船舶建造精度控制是对造船全过程的尺寸精度分析与控制,随着船体结构加工精度的不断提高,装配工艺装备、工艺程序的不断优化,船体装配与焊接精度控制的重点是对焊接过程中所产生的变形开展有效监测与防控。固有应变有限元计算是通过避开复杂的焊接过程,采用简单的弹性静载分析,简化计算过程,辅之于专用焊接变形预测软件,对焊接过程中的固有应变进行预测,给出相应的焊接变形补偿量,从而达到精度控制的目标要求,并在575000DWT散货船尾部分段生产实践中加以了应用。     

船体曲面水火弯板加工工艺算法研究

水火弯板是船舶曲面外板成型的主要工艺,可靠的成型预测方法是板件成形自动化系统研究的基础。本文研究了水火弯板加工的机理及加工工艺参数确定的算法。在建立并以实验验证了水火弯板的数值模拟模型的基础上,确定了火焰成形的温度场和变形场等主要影响参数,提出了温度场及变形场的描述方案,并通过计算得出了板的温度场及变形场与主要加工参数之间的关系,最后对给定帆形板典型船体结构曲面板的水火成型过程进行了热弹性有限元模拟并确定加工工艺参数算法。     

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.     

船舶甲板分段纵骨焊接变形和残余应力数值模拟

基于非线性分析软件Abaqus,采用顺序耦合的热弹塑性有限元方法研究典型船舶甲板分段纵骨焊接的变形与残余应力问题。焊接过程中的温度场分析采用具有截面积分shell单元的shell/solid模型,移动热源为高斯分布与均匀体组合热源,材料考虑应变随温度变化的特性。通过与T型接头焊接实验结果对比,验证了方法的可靠性。在此基础上,计算分析了甲板分段纵骨焊接的整体变形和局部板格变形,并讨论了外板纵向和横向焊接残余应力分布规律。     

基于Weld-sta软件的船体结构焊接变形预测

预测船体复杂结构的焊接变形对制造工艺设计和精度控制具有重要的工程价值.基于固有应变理论,利用船体结构焊接变形预测专用软件Weld-sta对多用途船双层底结构焊接变形进行了预测,发现船长方向收缩最大变形量为13.2mm,船宽方向最大变形量14.5 mm.通过数值模拟结果与实验实测值的对比,可以得到软件计算的精度超过80%,验证了固有应变理论及软件用于焊接变形预测的可靠性,并在此基础上针对船体总段船台合拢的焊接变形进行了预测,发现焊接总收缩变形量为50.339 mm,与实际加工经验基本吻合.根据此结论可以针对各船体总段预留合理的焊接变形收缩量,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元预测法在船体总段合拢焊接中应用的可行性.     

角焊缝角变形产生机制的研究

以T形焊接接头为算例,用有限元数值计算方法研究了六个固有应变分量各自对角焊缝角变形的作用效应,发现导致角变形产生的主要因素是与焊缝平行的平面内垂直于焊缝方向的固有剪切应变分量;将该固有剪切应变分量以均匀和非均匀两种分布形式施加在焊缝区,发现只有非均匀分布的固有剪切应变使焊接接头产生角变形.由此可知:角焊缝角变形产生的主要原因是在焊缝及其附近区域不均匀分布的固有剪切应变分量,而不是板厚方向上非均匀分布的横向固有正应变分量.此结论指出了关于焊接角变形产生机制的传统思维的认识误区,对研究预测角焊缝角变形简化方法具有指导意义.     

复合材料加筋板的光纤光栅测试与分析

设计材料用量相同的复合材料帽形加筋板和T形加筋板,基于2种结构的应变规律理论分析和有限元应变计算结果,提出在筋内部铺设光纤光栅的方案,并制作试验模型进行应变试验测试。将理论应变分布规律、有限元应变计算结果、电阻式应变片测试结果和光纤光栅应变测试结果进行对比分析,结果表明,光纤光栅应变测试结果的线性度要优于应变片。对于帽形加筋板和T形加筋板,光栅的单向应变测试结果与有限元计算结果的误差分别为6%和4%,剪切应变误差均为23%,且上述误差均小于应变片测试结果与有限元计算结果间的误差。     

冰载荷和纵倾角对螺旋桨强度的影响

[目的]在冰区航行对船舶螺旋桨强度的要求很高,因此对不同情况下螺旋桨的强度进行研究十分重要。[方法]基于有限元方法,以Workbench为工具,计算在冰区运行的不同纵倾角螺旋桨不同工况下的应力、应变,并在计算前开展网格收敛性研究。[结果]由分析计算结果可知:冰级越低,螺旋桨桨叶受到的冰载荷就越小,应力、应变也越小;部分工况下螺旋桨的应力、应变变化十分类似;较大的纵倾角对螺旋桨桨叶的应力、应变影响较大。[结论]计算结果可为冰区船舶螺旋桨的强度设计提供参考。     

代理模型技术及其在船舶板架强度和稳定性计算中的应用

对比分析了Kriging、径向基函数、多项式响应面三种代理模型在不同样本点比例和不同样本点空间分布下对4类典型数学函数的拟合精度和推广能力。研究结果表明,Kriging模型对典型数学函数具有较好的适用性和推广能力,径向基函数次之,多项式响应面的适应能力不足。在此基础上,基于Kriging方法构造了船舶双层底板架强度和稳定性计算代理模型,讨论了低样本点比例下Kriging模型代替有限元计算分析的适用性以及不同样本点空间分布对代理模型近似误差的影响。计算结果表明,在低样本点比例下一个均匀齐整的样本点空间分布更利于保证代理模型的精度。在所选取的样本点比例下Kriging模型对船舶板架强度和稳定性计算的适用性较好,近似误差满足工程精度要求。     

双向受压裂纹板剩余极限强度分析北大核心CSCD

[目的]船舶在航行过程中船底板等船体结构除了受到纵向弯曲应力以及舷侧外板传递的横向水压力载荷影响外,还因焊接及应力集中容易产生裂纹,使船体结构的承载能力降低。为此,[方法]通过数值计算,研究双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度。首先,提出计算含裂纹船体板剩余极限强度的参数化函数模型;然后,计算和分析影响其强度的因素,如裂纹长度、倾角和船体板细长比、长宽比以及横纵载荷比,并提出倾斜裂纹的有效投影长度参数;最后,基于计算结果,拟合得到双向受压载荷作用下含中心裂纹船体板的剩余极限强度计算公式。[结果]结果表明,运用计算公式得到的结果具有较高的精度,[结论]可用于对实船上含中心裂纹船底板纵向极限承载能力的计算分析。