Leg Structural Strength Study of Offshore Jack-Up Unit under Storm and Drilling Condition

利用ABAQUS/AQUA有限元软件,对某一典型倒K型桁架式桩腿在风暴和钻井作业载荷工况下结构强度进行了线性和非线性计算,获得了弦杆、斜撑和水平撑杆的应力和位移整体分布;详细分析了载荷方向对弦杆、斜撑和水平撑杆的应力和位移的影响;参考规范选取确定材料许用应力,对结构强度进行了校核.采用梁单元B31及矩形截面属性建立齿条板模型,并将其与弦管通过TIE单元进行绑定约束,模拟弦杆的真实结构,根据海流方向与弦杆夹角选择相应的水动力拖曳系数.     

轴压复合材料柱形壳屈曲特性

以单立柱固定式海洋平台的柱形壳桩腿为研究对象,得到复合材料柱形壳较为合理的结构尺寸、铺层方式,提高其轴向承载能力.首先,通过碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)材料单轴拉伸试验得到复合材料柱形壳试验样本的材料属性,用于柱形壳的计算与分析.其次,基于复合材料薄壳理论,得到轴压复合材料柱形壳屈曲临界载荷解析解,对比线弹性屈曲有限元分析,验证了理想柱形壳有限元模型建立的正确性.再次,由复合材料柱形壳缺陷测量试验得到其初始几何缺陷,由轴向压缩试验得到其轴压屈曲特性,对比非线性屈曲有限元分析,验证了缺陷柱形壳有限元模型建立的正确性.最后,结合线弹性屈曲分析结果,引入模态缺陷,从线弹性和非线性屈曲分析两个方面,研究铺层角、铺层数、各层纤维厚度、几何尺寸对复合材料柱形壳轴向承载能力的综合影响规律,得到各模型的屈曲特性与缺陷敏感性.从生产制造与工程实际出发,建立一种系统的CFRP型复合材料柱形壳设计计算流程、失稳分析方法,对于复合材料柱形壳的设计、校核、优化具有指导性作用.     

正交各向异性圆柱壳弹性稳定性分析的比较研究

本文应用三种壳体理论,对静水压力作用下正交各向异性圆柱壳的弹性稳定性进行了比较分析.利用正交各向异性圆柱壳的内力表达式和在静水压力作用下的正交各向异性圆柱壳的平衡方程,推导出三个位移的微分表达式,并给出了三种理论的差异.针对两端薄膜简支边界条件,对壳体的稳定性进行了分析.讨论了正交各向异性对偏差的影响以及产生偏差的原因,并指出了文献[5]的一个错误.     

风暴和作业状态下海洋自升式平台桩腿结构强度研究

利用ABAQUS/AQUA有限元软件,对某一典型倒K型桁架式桩腿在风暴和钻井作业载荷工况下结构强度进行了线性和非线性计算,获得了弦杆、斜撑和水平撑杆的应力和位移整体分布;详细分析了载荷方向对弦杆、斜撑和水平撑杆的应力和位移的影响;参考规范选取确定材料许用应力,对结构强度进行了校核。采用梁单元B31及矩形截面属性建立齿条板模型,并将其与弦管通过TIE单元进行绑定约束,模拟弦杆的真实结构,根据海流方向与弦杆夹角选择相应的水动力拖曳系数。     

弯剪载荷作用下超大型浮体撑杆结构极限强度研究

超大型浮体结构在复杂海洋环境下承受多轴载荷共同作用,使得刚度较弱的撑杆结构极易发生破坏,从而影响整个浮体的安全和可靠性。为掌握撑杆两端浮体上下运动导致撑杆承受弯剪联合载荷作用下的结构极限承载能力,本文基于模型设计混合相似理论,进行弯剪载荷作用下撑杆结构极限强度试验模型设计,并开展模型试验研究。通过数值仿真方法与试验结果的对比分析,验证数值仿真方法的正确性,并给出弯剪作用下实际撑杆结构极限承载能力,为撑杆结构设计及超大型浮体安全性评估提供支撑。     

基于HCSR规范的加筋板载荷端缩公式修正

现有HCSR的载荷-端缩曲线公式基于板筋屈曲公式推导,普通单元呈现出不同屈曲模式,硬角单元采用理想弹塑性材料模型,然而在单向轴压过程中,材料属性的差异造成加筋板弹塑性载荷端缩分布存在异同,且硬角单元亦存在屈曲变形,会造成极限强度评估出现误差,对AH32和921A钢加筋板进行极限强度试验,分析梁柱屈曲、扭转屈曲、硬角单元等不同失效模式,以获取不同屈曲模式崩溃下加筋板载荷端缩曲线,通过非线性有限元和简化法计算不同钢材、不同屈曲模式的加筋板的极限强度,获取载荷端缩关系曲线,对比结果表明,HCSR不同屈曲加筋板单元载荷端缩关系的误差随着屈服强度降低而逐渐增大,所提出的硬角单元载荷端缩公式与数值计算结果吻合良好。     

自升式平台桩腿的局部开孔分析

某自升式平台为安装冲桩管线需要在桩腿上开孔,因开孔位置无法避开桩腿高应力区,故需对开孔部位进行局部强度和屈曲分析.本文应用MSC/NASTRAN和ABAQUS有限元分析软件,对单根桩腿建立了详细的有限元模型,除圆柱形桩腿的外壳以外,还包括了内部纵桁、水平撑杆、桩靴细部结构以及开孔周围的加强结构等.边界条件的选取主要是基于平台整体分析得到的结果,考虑到平台主体和桩腿之间的约束变形情况,进行了适当的简化模拟.载荷考虑了自重、静水压力以及作业和自存工况下的风、浪、流载荷.为校核桩腿在整个服役期内是否满足要求,本文所建模型扣除了3mm的腐蚀余量.分析结果表明:桩腿开孔周围结构虽处于较高的应力水平,但仍在许用应力范围之内,并且桩腿的屈曲强度满足要求.     

联合载荷作用下撑杆结构极限强度研究

超大型浮体结构在复杂海洋环境下承受多轴载荷共同作用,使得刚度较弱的撑杆结构极易发生破坏,从而影响整个浮体的安全和可靠性。文章以超大型浮体撑杆结构为研究对象,基于模型相似理论,进行了压扭联合载荷作用下撑杆结构极限强度试验模型设计,并开展模型试验研究。通过数值仿真方法与试验结果的对比分析,验证了数值仿真方法的正确性,并据此开展实尺度撑杆结构在不同扭转载荷作用下的压缩极限强度数值仿真计算,给出了压扭联合载荷作用下撑杆结构极限承载能力计算简化公式,为撑杆结构设计提供支撑。     

含预应力支承体系的受压杆屈曲分析

在普通受压杆的基础上,增加预应力支承体系,利用ANSYS有限元分析,探讨撑杆长度、拉索直径以及张拉力等参数变化对于新的受压杆屈曲荷载的影响,并施加几何缺陷,作非线性屈曲分析,全面研究预应力支承受压杆的性能,为其推广使用提供依据。     

油船斜撑杆结构理论计算分析

油船结构轻量化设计中,船体横向强框和横舱壁水平桁端部优化为类似斜撑杆的轻型结构,并在多型油船上进行了实船应用。然而,目前还没有相关规范和标准用来指导斜撑杆结构的设计。本文通过建立相关结构力学模型,得到斜撑杆结构的轴向载荷理论值,并验证相关力学模型及理论结果的有效性。最后对影响斜撑杆轴向载荷的主要因素进行了研究分析,能够为斜撑杆结构的优化设计提供一定的指导。     

油船斜撑杆结构理论计算分析

油船结构轻量化设计中,船体横向强框和横舱壁水平桁端部优化为类似斜撑杆的轻型结构,并在多型油船上进行了实船应用。然而,目前还没有相关规范和标准用来指导斜撑杆结构的设计。本文通过建立相关结构力学模型,得到斜撑杆结构的轴向载荷理论值,并验证相关力学模型及理论结果的有效性。最后对影响斜撑杆轴向载荷的主要因素进行了研究分析,能够为斜撑杆结构的优化设计提供一定的指导。     

正交加强的正交各向异性圆柱壳的稳定性分析

潜艇或潜水器耐压壳的一个常见的破坏模式是失稳屈曲破坏。本文采用Ｓｍｉｔｈ壳体线性稳定性理论，并且引入了加强筋贡献系数的概念，编制了一个实用的稳定性分析程序（ＢＡＣＳＯＳ）。通过大量的计算，初步证明ＢＡＣＳＯＳ程序的计算结果与文献中报道的实验或分析结果均有较好的吻合。该程序具有广泛的应用范围。它对于有加筋的、无加筋的、单向或双向加筋的，各向同性或正交各向异性材料圆柱壳均可以进行稳定性分析。     

厚壳式玻璃钢船体板的静、动态响应分析

本文将厚壳式玻璃钢船体板视作层合板,借助层合板理论,分别导出了按特殊正交各向异性,反对称正交,反对称角铺设的厚壳式玻璃钢船体板的刚性、挠度、应力、屈曲压力和固有频率的计算公式。本文将m、n视作整型变量,采用整数规划的方法,求得了真正的最小屈曲压力和最小固有频率值。     

移动式手摇升降重型撑杆的设计和应用

为解决岸桥门框拼装时斜拉杆下挠问题,根据滑轮组提升原理设计开发移动式手摇升降重型撑杆.采用无级锁紧装置,实现撑杆不同升降高度的无级锁紧功能;采用移动式支撑座,实现手摇升降重型撑杆可移动、防倾覆功能.结合工程实际,对重型撑杆的刚度、稳定性进行分析.分析和应用效果表明:移动式手摇升降重型撑杆稳定性好;撑杆操作方便快捷、移动...     

初始缺陷对耐压圆柱壳塑性稳定性影响初探

耐压圆柱壳结构发生失稳时,壳体结构因为材料达到屈曲极限而发生了塑性屈曲变形。利用有限元软件ANSYS分析研究计及初始缺陷的弹塑性屈曲对耐压圆柱壳结构极限承载能力的影响。根据试验模型测量建立的真实模型与带理想初始缺陷模型进行对比分析,并讨论模型的初始缺陷在一定范围内时,结构极限承载力的变化。     

VLOC横撑材结构的屈曲评估及设计参数影响分析

以某超大型矿砂船(Very Large Ore Carrier, VLOC)为例,基于中国船级社(CCS)《矿砂船船体结构强度直接计算指南》和《矿砂船船体结构高级屈曲评估指南》,对VLOC边舱内强框架上典型横撑材结构的柱屈曲、扭转屈曲和组合扭转/柱屈曲强度进行计算分析。针对VLOC横撑材结构的受力特点,通过几种截面形状的比较和对水平桁宽度、面板偏心等相关设计参数的影响分析,对于改善VLOC横撑材截面形状设计和材料选用给出一些指导性的建议。     

初始缺陷对耐压圆柱壳塑性稳定性影响初探

耐压圆柱壳结构发生失稳时，壳体结构因为材料达到屈曲极限而发生了塑性屈曲变形。利用有限元软件ANSYS分析研究计及初始缺陷的弹塑性屈曲对耐压圆柱壳结构极限承载能力的影响。根据试验模型测量建立的真实模型与带理想初始缺陷模型进行对比分析，并讨论模型的初始缺陷在一定范围内时，结构极限承载力的变化。     

锤击法测评小型钢丝绳隔振器冲击特性

基于钢丝绳隔振器的非线性迟滞特性和理论模型,结合工程实际,建立了锤击法测评小型钢丝绳隔振器冲击特性的试验模型.并根据模型进行了钢丝绳隔振器在空载和有预载条件下的冲击特性分析,为进一步开展舰艇抗冲设计提供了一定的依据.     

含损伤结构静力和动力特性的有限元分析

由于海洋特殊环境的影响,船舶与海洋结构物容易受到腐蚀和疲劳等影响,造成结构的局部刚度弱化损伤,本文探讨了船舶常用加筋板结构在不同刚度弱化情况下结构的静力和动力特性变化,并推导了加筋板结构在正交各向异性损伤情况下的有限元列式.对于正交各向异性损伤,采用Kachanov理论,引人了x和y两个方向的损伤系数,并将损伤而形成的各向异性材料的各力学参数通过损伤系数与各向同性材料各参数相关联.本文将损伤参数分为损伤位置、损伤程度和损伤面积三个方面,并分别分析了它们对结构应力、结构固有频率和模态形状的影响.结果表明损伤位置对结构模态和结构应力的分布影响显著,在损伤区域和损伤程度均较小的情况下,距离损伤区域较远部位的应力分布和振型状态均无明显变化.本文建立的方法可以应用到船舶与海洋结构受损强度分析中.     

正交各向异性圆柱壳在轴向压力作用下的静动态特性分析

依据Flügge壳体理论,分析了正交各向异性圆柱壳在轴向压力作用下的稳定和自由振动特性,详细讨论了壳体几何参数和材料特性参数以及轴向压力对于自振频率的影响,给出了最低频率随L/R变化的包络线.还使用Timoshenko壳体理论进行了比较分析.