船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中.提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化.在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式.计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考.     

船舶圆弧过渡肘板节点的屈曲破坏研究

船体构件腹板在连接端部逐渐升高形成圆弧过渡肘板节点,较大的腹板尺寸导致其受弯时易出现屈曲破坏,从而影响船体结构的安全性。以典型圆弧过渡肘板连接的横梁-肋骨节点结构为研究对象,采用极限强度试验与非线性有限元模拟方法,研究肘板节点受弯时的破坏模式、极限载荷以及屈曲过程,讨论肘板臂长、圆弧半径、面板厚度对节点结构屈曲破坏的影响。结果显示:考虑初始缺陷的非线性有限元模拟结果与试验结果一致;根据肘板尺寸的不同,屈曲破坏的位置包括靠近肋骨的横梁腹板区域以及肘板与横梁过渡圆弧处的腹板区域;随着肘板臂长的增加,不同圆弧半径时节点的极限载荷均为先增大后趋于不变;随着圆弧半径的增加,肘板臂长较小的节点极限载荷缓慢上升,肘板臂长较大的节点极限载荷则近似呈线性增长趋势;面板厚度对极限载荷的影响较小,随着面板厚度的增加,极限载荷先缓慢增加后趋于不变。     

潜器耐压球壳结构开孔加强形式的对比分析

耐压球壳作为载人潜水器的承压结构形式之一,保证了潜器内部设备及人员的安全。由于出入舱室、观测等要求,将不可避免地在耐压结构上进行开孔。这些开孔结构的存在对耐压球壳整体结构强度和稳定性会造成影响。文中介绍了3种常见的耐压球壳开孔加强形式(侧壁加强、垫板加强、肘板加强),并采用ANSYS有限元分析软件对每一种开孔加强形式的极限强度进行了对比分析。相比侧壁加强和垫板加强,肘板加强具有更高的极限强度。但考虑到肘板连接处存在较大的应力集中及制造工艺较难,文中提出了一种新型开孔加强形式——梯形加强,该加强形式相比肘板加强具有更优秀的结构性能和工艺性。     

多型船体主要构件端部肘板在等载荷条件下强度及疲劳寿命的对比

为比较船体主要构件端部不同连接形式的区别,采用MSC_Patran软件[1],通过有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)方法[2],在同等载荷条件下,分别对多型肘板连接形式进行常规强度计算以及疲劳强度计算,得出主要船体构件及肘板上的应力分布和疲劳寿命,进行分析对比。关键词:肘板有限元计算疲劳计算     

梁肘板的初步研究

肘板连接是船体结构节点的重要连接形式。本文阐述了肘板的作用与损坏规律,并列举了肘板连接的主要类型,着重分析了梁肘板的现状及设计计算方法,提出了应进一步深入研究的课题。     

考虑腐蚀损伤的双体船连接桥结构极限强度分析

为了解腐蚀损伤对双体船连接结构桥极限强度的影响,采用有限元分析方法,通过数值模拟,计算分析考虑腐蚀情况下铝质双体船连接桥结构的极限强度,建立评估含有点蚀损伤的船体板格结构和加筋板结构极限强度的工程化方法,实船分析结果表明：腐蚀体积是影响板格及加筋板结构极限强度的重要因素,且当腐蚀体积较小时,连接桥区域结构存在不满足极限强度要求的情况。     

船舶结构节点的承载力分析

通过有限元程序ANSYS计算分析,针对船体的梁连接节点,探讨肘板尺寸变化对节点承载能力影响的变化规律,并对龙骨节点结构的几种常见形式进行强度和屈曲性能的对比。     

加筋圆柱壳开孔围栏肘板拓扑优化设计

[目的]在水下耐压圆柱壳结构开孔围栏与环向肋骨连接处,易出现应力集中。[方法]为此,提出一种开孔围栏与环向肋骨连接肘板拓扑优化设计方法,以有效降低肘板区域的局部高应力。首先,采用子模型技术对连接肘板区域结构进行精细化应力分析;然后,以连接肘板为设计变量,考虑耐压壳板、围栏和肋骨特征点的应力约束,以肘板区域最大应力最小化为目标函数进行拓扑优化,并对拓扑优化结果进行工程化处理,得到最终的肘板形式。[结果]计算结果表明,面板局部加宽的肘板形式可以有效降低应力集中程度;开孔围栏位置横向偏置时,远离中纵剖面一侧的肘板面板加宽长度较大;连接肘板与开孔围栏中心偏置时,肘板面板关于其腹板对称设计即可。[结论]所做研究可为类似结构设计提供参考。     

中心穿透裂纹板在复杂载荷作用下的剩余极限强度分析

为了深入研究复杂载荷作用下的含中心穿透裂纹板的剩余极限强度,利用弹塑性有限元分析方法对现有的具有中心穿透裂纹板进行了双向拉伸载荷下的极限拉伸强度分析,得到了与实验结果比较吻合的结果;系列有限元计算结果表明,结构剩余极限强度随有效裂纹长度的增大而线性降低,并推导了具有较高精度的极限拉伸强度计算公式;最后对轴向压缩载荷作用下的具有初始挠度的中心穿透裂纹板进行了剩余极限强度分析,分析了裂纹参数和结构初始缺陷对其相对剩余极限强度的影响.计算结果表明,此时结构的剩余极限强度主要取决于结构中存在的初始缺陷的大小.     

肘板连接的极限强度分析

  目的  船舶结构中的各构件是由节点连接在一起的,连接节点的力学性能对整船的极限强度影响很大。为了解节点的受力特性,  方法  通过对不同节点型式的试件进行弯曲载荷下的极限强度试验,分别得到其载荷位移曲线、节点应力分布以及破坏形式,并分析各试件的极限强度与平均刚度特性。  结果  结果表明：三角形肘板加强节点试件的极限强度大于圆弧形过渡加强节点试件,但其平均刚度比较大的圆弧试件小;在同等载荷条件下,三角形肘板加强节点处的峰值应力大于圆弧形过渡的加强节点试件;不同大小、相同节点形式试件的破坏形式相同,而大小相同、节点形式不同试件的破坏形式则差别很大;大小两组试件间的极限强度与平均刚度的变化规律一样,但变化的程度不一样。  结论  所做的分析及试验结果可以指导优化船舶的节点设计。     

海洋平台TT型圆管节点极限强度分析

利用MSC/Marc分析了轴向力作用下的TT型圆管节点的极限强度.运用MSC/Patran建立相应的有限元模型,采用NR法分析,根据Mises屈服准则,利用MSC/Marc中的非线性分析模块计算出管节点在轴力作用下的塑性极限载荷,并讨论各参数对管节点的影响,为管节点的可靠性分析打下基础.     

半潜式平台总体强度计算和关键结构极限强度计算方法研究

给出了基于ANSYS/AQWA软件的半潜式平台整体强度分析方法,采用逐步破坏分析法和有限元计算方法,计算半潜式海洋平台关键节点和关键构件极限强度。以一典型深水半潜式平台为对象,进行了自存工况和作业工况下8个典型危险波浪载荷条件下的平台整体强度有限元分析,选取应力最大的横撑和立柱局部结构作为计算模型,确定合理的边界条件,通过计算给出了半潜式平台关键节点和关键构件的极限承载力,为下一步平台结构的安全性评价提供可靠依据。     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

The ultimate strength of doubler plate reinforced Y-joints under compression loading

It is common practice in the offshore industry to solve the punching shear problem due to compression by using doubler plate. The finite-element method is a useful tool for studying this problem. The aim of this paper is to study the static strength of doubler plate reinforced Y-joints subjected to compression loading. The finite-element method is adopted in numerical parametric studies. The individual influences of the geometric parameters βand τd （ doubler plate to chord wall thickness ratio） and ld/d1 （ dubler plate length to brace diameter ratio） on the ultimate strength are made clear. The results show the size of plate may have important effects on the strength of reinforced joints. It is found that the ultimate strength of Y-joints reinforced with appropriately proportioned doubler plates can be greatly improved nearly up tothree times to un-reinforced Y-joints.     

Effects of adhesive type on the mechanical properties of adhesive joints between polyurethane top coats and polyurethane-based adhesives after accelerated atmospheric ageing

The performance of a sealed stainless steel bracket system, adhesively bonded with two polyurethane-based adhesives (flexible adhesive, stiff adhesive) onto a marine polyurethane top coat, is investigated. The investigated joint connections on the coatings exhibited a high mechanical stability even after accelerated ageing (salt spray exposure, cyclic temperature variations, high relative humidity). The aged joints retained up to 81% of their tensile strength and up to 92% of their lap-shear strength. The torsional rigidity of the adhesive joint exceeded the required clamping torque of the designed bolt. A cyclical lifetime of >9·10⁶ load cycles was estimated. Effects of cyclic ageing on the creep performance of the adhesive joint were found to be insignificant. Under tensile loads, the joints with stiff adhesive material exhibited a linear-elastic performance without the capability to deform prior to failure. The joints with the flexible adhesive material, in contrast, exhibited a behavior typically for ductile materials featuring a pronounced yield plateau prior to failure. Failure loads were higher, and displacement was notably lower, for the joints with stiff adhesive material. All joint connections met the requirements for a safety factor for the design for marine applications (11.6 for the flexible adhesive; 14.3 for the stiff adhesive). When the flexible adhesive is applied, the cohesive strength of the adhesive material is the limiting design factor. When the stiff adhesive is utilized, the load carrying capacity is higher, and the interface between priming coat and steel substrate is the limiting design area of the joints. The strength utilization of the adhesive materials depended on the particular structure of the entire joint configuration, particularly on the interface between steel substrate and the coating material. A number of assessment factors, namely stress limit factor, coating adhesion factor and safety factor, are introduced and discussed for tensile and shear loads.     

Numerical investigation on the ultimate strength of stiffened cylindrical shells considering residual stresses and shakedown

In this paper, the effects of residual stresses on the ultimate strength of stiffened cylinders are numerically investigated with an emphasis on shakedown which might occur during the service of these structures. Residual stresses caused by two types of actions, namely, cold bending and welding, are simulated with simplified approaches in numerical analysis. Cold bending stresses are simulated by simulating cold rolling and elastic springback until the desired curvature for cylindrical shell is obtained. Welding is simulated by applying cooling down to a certain temperature on the elements adjacent to stiffener-shell joints to obtain weld-shrinkage with realistic magnitudes. Six small-scale externally pressurized ring-stiffened cylinder models are utilized to evaluate the appropriateness of the method for inclusion of welding residual stresses in numerical analysis by comparing the experimental and numerical results. Ultimate strength analyses are then performed for a reference ring-stiffened cylinder model under radial pressure and stringer-stiffened cylinder under axial loading. To assess the effect of shakedown, after applying cyclic compressive loading to the ring-stiffened cylinder model, the level of stress relief and the change in the ultimate strength are evaluated.     

基于咬合法和叶片损失法的艉轴架强度评估

  目的  虽然各船级社已针对艉轴架尺寸（如厚度和截面积）发布了最低要求,但在实际应用中,不同船级社对艉轴架尺寸的最低要求不同。在为需要转级的新船舶或现有船舶制定强度标准时,需要进一步研究并确定艉轴架的最低尺寸要求。  方法  以7艘注册为A级的船舶模型为样本,参考了8个船级社的规范（A级至H级）中与船体结构安全有关的要求,首先采用咬合法和叶片损失法推导了规范中艉轴架的计算公式,验证了2种方法的可行性。然后采用这2种方法对Ⅰ型单艉轴架（Ⅰ-strut）和Ⅴ型双艉轴架（Ⅴ-strut）进行建模,确定最低尺寸要求。  结果  结果表明,船级社在载荷条件、边界条件、形状、截面面积、轴架长度、许用应力等方面均有一定的假设。  结论  研究成果可为设计人员制定艉轴架强度安全限值提供参考。     

含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹及腐蚀损伤对于浮式生产储油卸油装置（FPSO）结构来说难以避免,这将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构的剩余极限强度意义重大。目前针对裂纹及腐蚀损伤联合作用下FPSO结构剩余极限强度的研究相对欠缺,本文采用非线性有限元分析方法,研究了不同腐蚀及裂纹损伤组合形式下FPSO结构剩余极限强度的衰减规律。结果表明,腐蚀与裂纹损伤均导致极限强度线性衰减,并且腐蚀损伤对极限强度的影响远大于裂纹损伤。研究结果对FPSO结构的设计、维护与延寿具有一定的参考价值。