轮压载荷下夹层板直升机平台结构响应特性

以直升机平台甲板为研究对象,基于数值仿真方法,考虑弹性工况和塑性工况,分别采用动态冲击、轮胎准静态压载、刚体准静态压载和均布压载4种处理方式模拟轮压载荷,分析夹层板上面板、夹芯层和下面板的响应特点,讨论载荷处理方式对轮压压力分布和结构响应的影响规律,并初步探讨4种载荷处理方式间的内在关系。研究结果表明:在轮压载荷作用下,板架产生高应力、高变形的局部结构响应,采用动态冲击、轮胎准静态压载和均布载荷3种处理方式均能较好地反映夹层板响应,这3种载荷处理方式之间存在联系,轮压载荷可通过等效处理达到一定程度的简化。     

轮压载荷下夹层板直升机平台结构响应特性

以直升机平台甲板为研究对象,基于数值仿真方法,考虑弹性工况和塑性工况,分别采用动态冲击、轮胎准静态压载、刚体准静态压载和均布压载4种处理方式模拟轮压载荷,分析夹层板上面板、夹芯层和下面板的响应特点,讨论载荷处理方式对轮压压力分布和结构响应的影响规律,并初步探讨4种载荷处理方式间的内在关系。研究结果表明:在轮压载荷作用下,板架产生高应力、高变形的局部结构响应,采用动态冲击、轮胎准静态压载和均布载荷3种处理方式均能较好地反映夹层板响应,这3种载荷处理方式之间存在联系,轮压载荷可通过等效处理达到一定程度的简化。     

组合载荷作用下的加筋板格强度计算

船体是一个由加筋板格组成的箱形结构,加筋板格的强度计算对于船体结构的强度分析极为重要。最近几年计多作者提出了采用简化方法来计算加筋板格的极限强度。但是,绝大部分采用这种方法进行研究的文章均只讨论了纵向受压一种情况。对于实际的船体加筋板格来说,最一般的载荷工况是纵向应力、横向应力、剪应力和垂向压力的组合载荷,但纵向应力占主导地位,本文将简化方法推广到解决组合载荷的情况。通过本文的计算表明,本简化方法     

搁置脚载荷作用下的甲板压力分布特征实验和数值分析

[目的]船舶上装载物的搁置脚与甲板之间存在着复杂的接触关系,不能简单地将搁置脚载荷视作均布载荷来处理。为探讨在搁置脚载荷作用下船舶甲板结构的压力分布,[方法]以某大型装备的搁置脚为例,首先采用有限元方法对其进行非线性接触数值计算,并分析在甲板板上的压力分布特征。然后,通过实验验证搁置架与甲板的接触力分布规律,并在此基础上提出一种运用等效轮印载荷代替搁置脚载荷的简化计算方法,以此将复杂的非线性接触计算转化为线弹性计算。[结果]结果表明,搁置脚与甲板之间的接触力主要分布在强横梁处和搁置脚前端,其中搁置脚前端的接触力使甲板板具有较大应力,该应力约占总载荷的25%;实验结果与数值计算结果吻合较好。[结论]所提简化计算方法对此类甲板设计及强度计算具有较好的实用性。     

轮印载荷下I型夹层板架结构静强度力学性能试验研究

现代舰船的直升机起降时会通过轮胎将载荷作用于飞行甲板的板架上,这种载荷通常被称为轮印载荷。除此之外,相对于传统加筋板结构形式,I型夹层结构具有轻质、高比强度等优点,是一种可以应用于船舶飞行甲板的新型结构形式。本文针对轮印载荷局部重载和位置不确定的特点,设计了合理的试验贴片方案及加载程序,并将试验数据与理论值对比,分析误差原因,研究I型夹层板架结构的板格在四种典型位置轮印载荷作用下的静强度力学性能。试验结果表明,夹层板架结构在载荷附近测点的应力水平较大,同时其上面板沿船宽方向的弯曲应力大于沿船长方向的弯曲应力,而下面板2个方向的弯曲应力特性与上面板相反。这些结论对于I型夹层板架结构在轮印载荷下的力学性能研究具有重要意义。     

轮印载荷下I型夹层板架结构静强度力学性能试验研究

现代舰船的直升机起降时会通过轮胎将载荷作用于飞行甲板的板架上,这种载荷通常被称为轮印载荷。除此之外,相对于传统加筋板结构形式,I型夹层结构具有轻质、高比强度等优点,是一种可以应用于船舶飞行甲板的新型结构形式。本文针对轮印载荷局部重载和位置不确定的特点,设计了合理的试验贴片方案及加载程序,并将试验数据与理论值对比,分析误差原因,研究I型夹层板架结构的板格在四种典型位置轮印载荷作用下的静强度力学性能。试验结果表明,夹层板架结构在载荷附近测点的应力水平较大,同时其上面板沿船宽方向的弯曲应力大于沿船长方向的弯曲应力,而下面板2个方向的弯曲应力特性与上面板相反。这些结论对于I型夹层板架结构在轮印载荷下的力学性能研究具有重要意义。     

轮印载荷作用下波纹型夹层板格强度特性分析

针对轮印块状载荷下的波纹型夹层板格结构,建立了应力分析计算方法。该方法基于Mindlin-Reissner板理论的夹层板格整体弯曲计算和经典板理论的芯材间上面板的局部弯曲计算,并将二者叠加得到轮印载荷下夹层板格总的弯曲特性。开发了基于MATLAB的计算程序,能方便地调整夹层板格尺寸及轮印块载荷的位置、尺寸和载荷值,计算相应的板格变形和各特征点应力值。讨论了结构尺寸参数、轮印载荷尺寸参数等对上面板局部弯曲应力及板格整体弯曲应力的影响特性,为这类结构的设计和优化提供有益的参考。     

双向密加筋板强度公式的推导及其修正

将双向密加筋板简化成正交异性板模型,通过对平衡方程的无因次变换,利用各向同性板的弯曲要素,求得正交异性板在均布载荷下的最大应力值。具体分析5种加筋板结构形式、2种加强筋类型和2种加强筋的尺寸。计算结果表明,文中提供的公式可以准确地对双向密加筋板的强度进行预报。     

冰载荷空间分布对舷侧结构响应的影响

极区船舶与浮冰发生碰撞时,冰载荷压力并不均匀,主要分布于结构与浮冰接触的中心区域,这与冰区加强区域结构设计和强度校核采用均布压力作为设计载荷并不一致.参考真实压力分布,以实测压力分布形式离散模拟冰载荷,形成考虑空间分布的冰载荷加载方法.建立舷侧结构有限元模型,分别以均布和考虑空间分布的离散方式将基于能量法计算所得冰载荷作用于舷侧,同时考虑不同浮冰形状和作用位置对空间分布的影响.结果 表明,冰载荷的空间分布对结构响应结果的影响较大,其中浮冰形状为楔形,且作用位置为板格中心的加载工况最为显著.研究过程与结论可为极区船舶设计考虑船冰相互作用时的冰载荷加载方式提供参考.     

基于BP神经网络的加筋板动力极限强度预测方法

船舶在航行过程中常受到动力载荷的作用,因此有必要对船体结构的动力极限强度预测方法进行研究。本文首先通过与现有试验结果对比,验证了本文有限元计算方法的正确性。随后通过数值计算,得到828组几何与材料参数不同的船体加筋板模型在不同加载速度下的动力极限强度。而后,以板柔度系数、加筋梁柱柔度系数、材料屈服强度为主要输入参数,构建3层BP神经网络,预测加筋板动力极限强度。所得神经网络均方差及相关系数分别达到0.000 47与0.99。将训练的神经网络应用于实船加筋板,与有限元计算结果对比,最大误差仅6.4%,证明该BP神经网络能较好预测实船结构动力极限强度。     

基于统计能量法的船舶板架结构简化建模方法研究

统计能量法是解决复杂结构高频动力学问题的主要方法之一,限于其分析特性,过于细致化的建模会引发其计算量大、计算精度低等问题。针对典型的船体板架结构,提出基于统计能量法的船体板架结构简化建模方法,并结合数值计算加以验证。根据实际需求,提出简化建模的等效原则,给出多平板的简化建模方法;通过研究给出周期加筋板的简化建模方法;提出一种双层底结构的简化建模方法,并进行误差分析。     

计及横向应力和垂向载荷影响的加筋板格有效板宽的理论计算方法

本文基于大挠度理论导出了计及初始挠度、爆接残余应力、横向应力和垂向载荷等影响的加筋板格的有效带板宽度的理论计算公式。板中焊接残余应力的分布形式采用Faulkner模型;考虑了4种垂向载荷形式;均布载荷,沿x方向的三角形分布载荷、沿y方向的三角形分布载荷、集中载荷。数值算例表明了上述诸因素均对有效板宽有一定影响。本文的理论计算公式为准确计算板的有效宽度提供了一种精确有效的方法。     

多轮印载荷下车辆甲板板厚设计研究

各主要船级社规范针对车辆甲板的板厚公式一般基于单轮印给出,多轮印情况下多用等效的方式处理。本文首先根据规范的规定,总结出两种具有代表性的将多轮印载荷等效为单轮印的方法,然后基于线弹性理论,利用数值模拟手段对这两种等效方法在某典型轮印和板格尺寸下的情况展开了研究,并对这两种方法的合理适用性以及安全水平进行了讨论。     

单向加筋板低频振动的简化建模精度影响因素

针对典型单向加筋板结构的低频振动问题,基于薄板弯曲理论,得到等效正交异性板计算公式,通过与有限元计算结果比较验证计算公式的正确性。分析质量等效、弯曲刚度等效与结构参数对简化方法精度的影响规律,并通过附加弯曲刚度比对筋条截面高度、筋条数量和基板厚度等3项结构参数进行定量比较分析,对简化方法的适用范围产生量化认识,为加筋板简化建模的应用场景提供参考性建议。     

船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法

本文基于Smith方法,应用梁-柱理论、理想弹塑性假设、平截面假设和塑性铰理论建立了加筋板单元的应力-应变关系曲线,导出了船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法并编制成FORTRAN计算程序.应用作者导出的简化逐步破坏分析方法分析计算了Reckling 23号模型总纵极限强度.计算结果表明,本文导出的简化逐步破坏分析方法和计算程序正确可靠,可供船体结构设计和使用.本文还对船体结构总纵极限强度的影响因素进行了分析,其中包括加筋板单元的载荷-缩短行为、横向压力、材料屈服强度和腐蚀等.     

任意边界下多跨梁弯曲计算及其工程应用

[目的]为了快速寻找到甲板结构在轮印载荷下的最危险工况,[方法]针对任意边界条件下多跨梁弯曲问题,首先利用改进的傅里叶级数方法(IFSM)描述多跨梁的位移函数,列出位移函数需满足的边界方程,并求解得到级数中各系数间的关系式;然后,基于哈密顿原理得到能量控制方程,采用伽辽金方法求解出满足边界条件的梁结构位移函数,通过算例,与有限元结果进行对比,验证此方法的正确性;最后,将该方法应用于轮印载荷下多跨梁最危险工况的计算中。[结果]结果表明,所用方法的计算结果与有限元结果的误差小于0.05%,具有很好的精度。[结论]相比有限元法,所用方法求解多跨梁最危险工况的速度得到极大提高,同时结合遗传算法,可获得更为精确的轮印载荷最危险工况的作用位置。     

考虑焊接残余应力的船体板结构屈曲强度

传统的船体板结构屈曲计算模型一般为完整板格模型,但在实际中焊接残余应力的影响是不可避免的。针对这一问题,基于有限元热-力顺序耦合方法,计算加筋板在单轴压缩载荷下的屈曲特征值,结果表明纵筋间距越大,焊接残余应力对加筋板稳定性的影响越大;纵筋长细比越大,焊接残余应力对加筋板稳定性的影响越小。与Recking No.23模型试验对比,验证了热-力顺序耦合方法的有效性和应用价值。     

内爆载荷作用下船舶加筋板结构等效设计方法研究

针对内爆载荷作用下的船舶加筋板,提出了计及带板影响的4种加筋板等效设计方法。用有限元软件LS-DYNA对等效设计的加筋板进行内爆仿真计算,获得效果最好的加筋板结构等效设计方法,并与不考虑带板影响的等效设计方法进行对比,还探讨了加筋腹板高度和加筋数量等因素对加筋板等效设计的影响。结果表明,对于保留加筋,保证加筋（计及带板）截面积相等,且抗弯模量和惯性矩尽可能与原型接近的等效设计方法（即等效设计方法Ⅰ）,等效设计的加筋板的内爆变形模式与原型保持一致,内爆动态响应的相对偏差最小。加筋腹板高度越高,加筋对于加筋板抗爆的贡献越大。对于不同的加筋腹板高度,等效设计方法Ⅰ最为有效。加筋的数量越多,等效设计方法Ⅰ的效果越好。在进行加筋板等效设计时,保持加筋与带板横截面积比值的变化量小于0.73,且抗弯模量和惯性矩尽可能与原型接近,等效设计的加筋板的内爆动态响应与原型的相对偏差可保持在10%以内。     

侧向载荷作用下的T型加筋板梁柱屈曲载荷-端缩曲线修正

加筋板单元的载荷-端缩曲线是影响Smith法计算精度的重要因素,而目前HCSR规定的载荷-端缩曲线尚未考虑侧向载荷的作用。为了计入侧向载荷对加筋板单元载荷-端缩曲线的影响,拓宽Smith法的适用范围,采用非线性有限元法,计算192个具有梁柱屈曲破坏模式的T型加筋板单元,在纵向压缩载荷和侧向载荷作用下的极限强度。通过回归分析,得出在侧向载荷和纵向压缩载荷联合作用下,T型加筋板单元在梁柱屈曲模式下的载荷-端缩曲线修正公式。对8个T型加筋板模型分别采用修正公式和非线性有限元法计算结构的临界应力和临界应变,2种计算方法结果相对误差小于10%,验证了修正公式的有效性。     

气垫船着陆垫与车辆甲板之间的非线性接触分析

气垫船着陆垫与车辆甲板之间构成非线性接触问题，通过有限元方法，计算并分析不同工况下由接触导致的甲板各构件的最大应力和最大位移值，并与采用均布载荷直接加载在甲板上的线弹性计算结果比较，得出最危险工况，并通过一简单算例分析了结果的合理性。