静水压力下变厚度圆柱(锥)壳结构强度分析

文章将变厚度圆柱(锥)壳简化为轴对称的二节点单元,根据平衡方法推导了该结构的单元刚度阵与载荷阵,建立了求解静水压力下变厚度圆柱(锥)壳结构强度的解析单元法(AEM)。利用该方法对一个简单的变厚度锥柱接合壳算例进行了计算并与有限元方法的计算结果进行了比较。研究表明,文中提出的AEM法可以对静水压力下变厚度锥壳结构强度进行准确分析。该方法可以推广到各种轴对称压力作用下的变厚度圆柱(锥)壳结构强度分析。     

水下结构数值计算中面体单元连接技术及力学试验研究

结合有限元分析软件ANSYS对大潜深、大开口观察窗壳体结构模型的静态力学性能进行了数值分析及试验研究。计算模型考虑了材料非线性、几何非线性的影响。球壳采用面单元建模,观察窗窗座采用体单元建模,减少了计算规模,节省了计算时间。针对这2种不同自由度单元的连接,采用了不同的面体单元耦合技术,讨论了它们对静态力学性能结果的影响,在此基础上进行了试验研究。试验表明,本文所建立的有限元模型和计算策略准确可靠,可供设计时使用。同时也表明了在数值计算中采用MPC接触方法的面体单元耦合技术精度更高。     

壳单元和实体单元模拟爆炸荷载作用钢板动力响应的差异性比较

以舰船舱室钢板为研究对象,利用动力分析有限元程序Ls-dyan,分别采用壳单元和实体单元2种建模方式对爆炸荷载作用下钢板的动力响应进行数值模拟研究。对比钢板的应力分布云图、中线上各点最大位移曲线图,发现2种方法计算结果与试验值大致吻合,采用壳单元建模在保证计算结果准确性的前提下可以大大提高计算效率。如何正确地选择单元进行分析是数值模拟很重要的一个环节,通过对壳单元和实体单元计算结果的初步对比,为舰船舱室数值模拟研究如何选取单元提供参考。     

壳单元和实体单元模拟爆炸荷载作用钢板动力响应的差异性比较

以舰船舱室钢板为研究对象,利用动力分析有限元程序Ls-dyan,分别采用壳单元和实体单元2种建模方式对爆炸荷载作用下钢板的动力响应进行数值模拟研究.对比钢板的应力分布云图、中线上各点最大位移曲线图,发现2种方法计算结果与试验值大致吻合,采用壳单元建模在保证计算结果准确性的前提下可以大大提高计算效率.如何正确地选择单元进行分析是数值模拟很重要的一个环节,通过对壳单元和实体单元计算结果的初步对比,为舰船舱室数值模拟研究如何选取单元提供参考.     

船体结构有限元建模中实体单元与板壳单元连接技术

船体有限元模型普遍采用板壳(shell)单元离散,而某些大厚度局部结构形状复杂,需采用实体(solid)单元模拟.在Patran软件中,对这2种单元进行简单的节点耦合会出现自由度不匹配的问题,进而导致求解错误,故对这2种单元的连接技术进行研究尤为必要.对变厚度对接平板进行全solid单元建模计算,通过与文献结果相对比,验证数值模拟的正确性;引入复合单元法、MPC-RSCCON和MPC-Rigid 3种连接技术,在不同载荷作用下对比分析结构响应;对各连接技术中的相关控制参数进行敏感性分析.结果 表明,3种方法在特定条件下均能较好地实现有限元模型中shell单元与solid单元的合理连接,其中MPC-Rigid的精度更高、操作更为方便,建议在船体结构有限元建模中采用MPC-Rigid进行shell单元与solid单元的连接.     

计算加肋轴对称组合壳塑性极限载荷的修正弹性补偿法

将修正的弹性补偿法应用到基于轴对称壳单元的有限元分析中,建立求解加肋轴对称组合壳极限载荷的计算方法.该方法通过改变壳单元和肋骨单元的弹性模量,获得一系列静力容许应力场,从而确定加肋轴对称组合壳的极限载荷.应用Fortran语言编制了有限元计算程序,算例证明本文方法有较高的效率和计算精度.     

考虑大挠度影响的球形壳强度与变形分析

球形壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用。本文基于幂级数法建立了一种静水压力下考虑大挠度影响的球形壳强度与变形的分析方法。算例表明,本文提供的理论方法与有限元数值方法计算结果相当吻合,算例同时也表明大挠度对球形壳强度与变形有一定的影响。本文方法可以推广到轴对称压力作用下组合壳结构强度分析。     

肋骨布置方式对圆柱壳结构强度的影响

环形肋骨加强的圆柱壳结构是潜艇舱段结构的主体.文章将圆柱形壳板简化为轴对称的二节点单元,将肋骨简化为一节点单元,利用弹性壳体理论分别建立这两类单元的刚度阵与载荷阵,建立了求解静水压力下环肋圆柱壳结构强度的解析单元法(AEM).利用该方法对采用内、外两种不同的加强方式进行了对比分析.研究表明,肋骨布置方式对结构强度具有较大的影响.文中建立的AEM法也可以推广到各种轴对称压力作用下的肋骨加强回转壳强度分析.     

小开孔球壳强度分析的解析方法

文章基于回转壳的基本微分方程组,建立了一种受静水压力下小开孔球壳强度分析的解析单元法（AEM）。将AEM与传统回转壳方法、有限元法相比,AEM解决了传统回转壳方法计算小开孔应力误差较大的问题,其计算结果和有限元法较一致。该方法可应用于潜艇内部球面舱壁和深海耐压球壳开孔强度计算之中。     

复杂加筋的锥−柱组合壳声振相似规律研究

[目的]旨在解决复杂加筋组合壳结构缩尺模型的声振试验结果难以准确换算至原型的难题,分析两者的声振相似规律,为水下复杂加筋壳结构声振缩尺模型的试验研究提供依据.[方法]使用面单元模拟加筋方法构建复杂锥?柱组合壳模型及其缩尺模型,基于有限元?边界元法(FEM-BEM)混合方法,计算模型壳体的声振响应,并结合加筋圆锥壳模型试...     

具有接触特性的推力轴承壳体的有限元分析

利用非线性有限元软件Marc对大型推力轴承的壳体进行了接触有限元分析,给出了壳体在最大负载下的变形数据,并与实测值进行了比较.根据计算分析结果,进一步对推力轴承壳体提出了改进方案.文中还就接触界面的网格协调性对接触分析结果的影响进行了探讨.     

基于随机有限元的空间梁板结构系统可靠性分析

影响船舶结构系统可靠性的因素有很多,所以有必要对其结构进行可靠性分析.为此采用空间梁元与板元来模拟空间梁板结构,运用将随机有限元法与确定性有限元法相结合的随机有限元理论,采用分枝限界法找出主要失效模式,利用改进的一次二阶矩法计算各失效模式的安全余量,最终利用各失效模式相关性和概率网络估算技术法计算结构系统的失效概率.编制了考虑材料的强度、梁板元的尺寸和外载荷等均为随机变量的三维梁板空间结构问题的随机有限元程序,最后通过实例进行结构系统可靠性分析计算.     

缩减弹性模量有限元法计算加肋轴对称组合壳的极限载荷

将缩减弹性模量的思想融入基于轴对称壳单元的有限元分析,建立缩减弹性模量有限元法,计算加肋轴对称组合壳的极限载荷。建立壳单元弹性状态、局部屈服状态和截面屈服状态的判断条件;提出弹性模量调整策略和组合壳极限状态的判断方法,实现对加肋轴对称组合壳的塑性极限分析。编制了计算程序,算例表明该方法计算时间省,计算精度较高。     

Study on the preciseness of hot spot stress of web-stiffened cruciform welded joints derived from shell finite element analyses

A new simple and accurate shell FE-based structural Hot Spot Stress (HSS) determination method for web-stiffened cruciform joints has been proposed. Local stress of welded joints in full-scale bulk carrier (BC)’s lower stool models subject to bending and pressure loadings are examined. HSSs determined by the proposed method are compared with those derived by Lotsberg’s method and the conventional 0.5t-1.5t extrapolation. As results, following are found:

(1)

The local stress of full-scale BC lower stool models with various stool angle and plate thickness can be calculated accurately solely from shell FE results by means of the proposed method.

(2)

HSSs of welded joints in full-scale BC lower stool models subject to bending and pressure loadings derived by the proposed method show good agreement with the target HSSs determined from fine solid models. This demonstrates the validity of the proposed method for actual ship structures under the real load.

(3)

The excessive safety allowance of HSS determined by the conventional 0.5t-1.5t extrapolation can be reduced substantially by adopting Lotsberg’s method or our proposal. The proposed HSS determination method gives more accurate estimates compared to Lotsberg’s method under the conditions chosen, and the application range of the proposed method is equal to or wider than Lotsberg’s method.

     

圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性比较

单层加筋圆锥壳和圆柱壳是舰艇结构中最常见的结构,其噪声的辐射也受到广泛关注.本文以有限元法和边界元法为基础,在中、低频段研究比较了水中单层加筋圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性.对于相同尺寸的圆锥壳和圆柱壳而言,圆锥壳前10阶模态占主导时的频率f0高于圆柱壳的f0,并且辐射效率随着阶数的衰减要比圆柱壳的衰减快;圆锥壳的辐射效率总体高于圆柱壳的辐射效率;圆锥壳和圆柱壳的声辐射模态振速分布有着相同的规律,为振动噪声的主动控制提供了一些参考.     

纵骨对环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的影响

肋间壳板失稳是潜艇耐压壳体失稳的重要形式之一,加设纵骨是提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的有效方法。通过理论计算,得出以下结论:加设纵骨可以提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性,且α值越大,效果越明显;加设纵骨后的环肋圆柱壳在肋间壳板失稳时,纵向失稳半波数等于1,周向失稳波数大于10,且纵骨尺寸越大,周向失稳波数越大;失稳临界压力随肋距的减小而增大,随纵骨尺寸的增加而增大。     

纵骨对环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的影响

肋间壳板失稳是潜艇耐压壳体失稳的重要形式之一,加设纵骨是提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性的有效方法.通过理论计算,得出以下结论:加设纵骨可以提高环肋圆柱壳肋间壳板稳定性,且α值越大,效果越明显;加设纵骨后的环肋圆柱壳在肋间壳板失稳时,纵向失稳半波数等于l,周向失稳波数大于10,且纵骨尺寸越大,周向失稳波数越大;失稳临界压力随肋距的减小而增大,随纵骨尺寸的增加而增大.     

船舶薄壁结构噪声优化研究

为减少船舶薄壁结构噪声强度,以某船舶薄壁连接结构为研究对象,基于有限单元法建立薄壁结构噪声有限元模型。将薄壁结构自适应加筋理论与噪声有限元模型相结合,基于matlab软件对薄壁结构噪声模型进行遗传优化。计算结果表明,该方法能够有效减少结构噪声,并且优化得出的结构外形简单易于加工制造。