船体结构极限强度模型试验技术研究

船舶结构的极限承载能力是反映船舶结构安全可靠的重要指标,历来受到船舶工程界的广泛关注;而模型试验技术对船体梁极限承载能力研究拥有重要的意义.本文首先对船体极限强度相似模型设计进行研究,提出了稳定性相似模型补偿的设计方法;接着结合多例经典船体梁缩比模型试验与非线性有限元数值仿真计算结果相结合的对船体梁极限承载能力进行预报的案例,分别从相似准则、弯扭组合极限强度、弯剪极限强度等几个不同的侧重点分别对各个案例进行了详细的总结分析;最后列举了本研究组曾开展的其他若干经典极限强度模型试验.为今后船体梁极限承载能力模型试验研究提供了参考.     

基于弯扭耦合的破损船剩余强度评估方法研究

破损舰船的剩余承载能力是检验结构设计合理性的一个重要指标。现有的破损舰船剩余承载能力评估主要考察垂向弯矩,缺乏考虑船体在斜浪状态下结构组合变形的综合影响。文章对破损舰船剩余承载能力评估方法进行了研究。在考虑船体组合变形的影响下,建立了弯扭耦合方程。通过非线性有限元计算,确定结构耦合系数,并在此基础上提出了破损舰船的剩余承载能力的可靠性评估方法。     

集装箱船弯扭耦合振动分析

本文基于薄壁结构力学基本理论，提出了一种适合于大开口集装箱船弯扭耦合振动分析的薄壁梁有限元模型。该模型考虑了翘曲、剪切及剖面转动的影响，以及货舱大开口和抗扭箱（甲板梁）引起的结构不连续性。其例中，计算结果与三维有限元分析结果、模型试验结果相当吻合，而薄壁梁有限元的计算效率要高得多，算例还表明抗扭箱（甲板梁）对提高集装箱船的抗扭刚度有十分重要的意义。     

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。     

剪力与拉拔力共同作用下焊钉受力性能分析

运用有限元软件ABAQUS,分别对焊钉单纯受剪力作用和拉剪组合作用下的受力性能进行非线性有限元分析,得到在不同拉力作用下焊钉的荷载-滑移曲线,进而分析结构的应力分布状态、破坏形式以及混凝土损伤等情况.研究结果表明:焊钉承受的拉拔力越大,焊钉就越早进入弹塑性阶段,焊钉的极限承载能力就越低.单纯受剪力作用的焊钉承载能力要优于拉剪共同作用下的焊钉,当拉拔力分别为0.2T_u、0.4T_u和0.6T_u时,焊钉的极限剪力值与单纯受剪相比分别下降了2.77%、11.66%和24.48%.焊钉拉剪极限承载力有限元计算值与Takami和McMakin的建议公式计算结果较为接近,能够反映焊钉的真实受力状况.本研究结果对全面了解焊钉在组合荷载作用下的受力性能具有重要的意义.     

大型滚装船弯扭强度整船有限元分析

以大型滚装船为研究对象,采用现代的三维全船有限元分析技术及DNV船级社的SESAM软件系统,为全面研究整船弯扭强度,建立了全船有限元结构模型、质量模型、水动力计算模型;应用三维辐射—绕射理论和有限元程序进行波浪载荷的长期预报,在此基础上确定设计波参数;对全船结构有限元模型在设计波载荷作用下分析计算得到各种工况下船体结构的应力、变形响应,获得船体结构强度特点,对该类船舶的结构设计优化和强度分析有一定的参考价值,同时对其他类型船舶弯扭强度全船有限元分析有借鉴意义。     

非对称梁强度近似计算方法

船舶结构中,弯扭变形对于承受横向荷重的非对称梁强度影响往往不能忽略。本文引用扭转时腹板与壳板产生弯曲变形以及弯心位于壳板平面内的假定,应用薄壁杆件理论求得剪心、扇性面积和翼板惯性矩,以及翼板位移的近似式,将翼板当作弹性基础梁,立出翼板的微分方程,推导出在横向荷重作用下腹板与平板斜交的非对称梁强度近似计算方法。从试验和计算的结果可见,弯扭变形对强度影响很大,由此变形所引起的附加应力约为一般弯曲应力的30～120％。计算结果与计算结果基本一致,表明计算方法基本可靠。最后对结构型式提出建议。     

混凝土筒体刚度简化计算方法研究

按照材料力学方法和有限元方法计算小尺寸混凝土筒体的刚度,验证材料力学计算筒体拉压刚度、抗弯刚度和抗剪刚度的准确性;对于抗扭刚度,根据大量模型的计算结果采用神经网络得到经验公式,给出筒体刚度的简化计算方法。     

大型集装箱船弯扭总纵强度分析方法研究

薄壁梁理论的数值分析方法广泛应用于中小型集装箱船弯扭总纵强度分析,然而其对于具有大量复杂台阶结构的大型集装箱船的适用性有待进一步验证。为解决此问题,本文提出了整船三维有限元弯扭翘曲应力计算方法,通过建立节点力平衡方程,实现规范设计弯矩和扭矩加载,计算船体翘曲变形时的正应力。通过实船计算,整船三维有限元翘曲应力计算结果与薄壁梁理论数值分析法计算的翘曲应力吻合较好,从而验证了本文的计算方法和薄壁梁理论的数值分析方法均可适用于大型集装箱船弯扭总纵强度分析。     

复杂薄壁剖面弯、剪、扭特性参数的有限元计算

集装箱船及其它大开口船舶的弯扭强度计算可合理地简化为复杂断面的薄壁梁计算。这种计算的第一步工作是计算剖面的弯、剪、扭特性,包括以下诸项内容:(1)剖面惯性主轴位置与方向,剖面抗弯惯性矩;(2)在横向剪力作用下剖面内剪流的分布以及有效抗剪面积;(3)剖面圣维南扭转常数,剖面翘曲坐标,剖面扇性矩与剪切中心位置。     

大开口船弯扭耦合振动分析

本文探讨了用计及剪切和翘曲影响的薄壁梁有限元方法来计算大开口船弯扭耦合振动的特性,导出了抗扭箱对增加船体扭转附加刚度的计算公式,并作了数值计算和实验研究。按本文方法编制的计算程序,除能进行弯扭耦合振动分析外,还能计算垂向或水平扳动以及扭转振动。     

既有双曲拱桥承载能力的空间分析与评估

采用有限元法建立既有双曲拱桥的空间模型,运用空间分析对双曲拱桥的承载能力进行评定。以阳头大桥为工程实例,利用上述建模方法建立了该桥的实体有限元模型,计算了主拱圈在自重作用下的应力。在有限元模型中进行加载仿真计算,将有限元计算结果与荷载试验实测值进行对比,以评定实桥的承载能力。     

大开口船舶弯扭组合强度计算方法及分析

在对多艘集装箱船进行弯扭组合强度计算实践的基础上,通过算例提出1套准确易行的大开口船舶 弯扭组合应力的计算方法和计算步骤,并总结了大开口船舶扭转翘曲应力的分布规律,对船舶的设计和建造过 程中合理保证船舶总纵强度和扭转强度提供了有益的建议。     

火电厂烟气脱硫塔钢结构有限元计算与分析

火电厂烟气脱硫塔钢结构形式复杂,所受荷载多样,计算分析繁琐。通过结合工程实例,建立三维有限元模型,精确计算吸收塔在各种荷载组合作用下的工作性状。在有限元计算结果基础上,按照强度、整体稳定和局部稳定来验算吸收塔壳体的承载能力,保证结构的安全,可为此类特种结构设计提供参考。     

船舶在波浪中的水平弯曲——扭转耦合响应水弹性分析

本文以二维反对称水弹性理论分析了大开口船体结构的弯扭耦合响应。分析中船体结构简化为Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁,流体的作用以切片理论来考虑。计算结果和模型试验结果吻合良好,这为大开口船舶的弯扭耦合分析提供了有效简便的计算方法。     

弯扭组合载荷下圆轴表面裂纹应力强度因子计算

传动轴往往承受弯扭组合载荷的作用,准确计算弯扭组合载荷下轴上半椭圆表面裂纹的应力强度因子对于传动轴的疲劳寿命预报来说十分重要。本文讨论了扭转载荷下裂纹前缘各点的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子计算和网格质量之间的关系,对扭转载荷下Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子沿裂缝前缘的分布情况进行研究;并对弯扭组合载荷下轴上半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行分析。结果显示在扭转载荷下裂纹最深点仅有Ⅲ型应力强度因子存在,沿裂纹前缘其他各点不仅存在Ⅲ型应力强度因子,还存在着不可忽视的Ⅱ型应力强度因子。弯扭组合载荷下的裂纹是Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹,且弯扭组合载荷下的表面裂纹各型应力强度因子可以视作分别施加弯曲和扭转载荷下同型应力强度因子的叠加。所得结论可为传动轴类构件疲劳寿命预报提供参考。     

超大型集装箱船载荷响应特性的数值研究

相比于散货船、油船等,超大型集装箱船的船体弹性效应,特别是弯扭耦合效应十分明显,本文主要研究弹性效应对目标船所受波浪载荷数值计算结果的影响。本文分别采用了有限元法计算船体弯扭耦合模态和迁移矩阵法计算弯扭不耦合模态。本文基于三维水弹性理论在考虑弯扭耦合效应的条件下,计算分析1艘2万箱级超大型集装箱船的载荷响应特性,并把计算结果和基于刚体假设的载荷计算结果进行对比。本文在不考虑船体弯扭耦合模态下,计算目标船的波浪载荷,并把其与考虑弯扭耦合效应下的结果进行对比。最终得出在计算超大型集装箱船波浪载荷时,弹性效应和弯扭耦合现象不可忽略的结论。     

不同损伤模式下的单舷侧散货船舷侧板架极限能力研究

对单舷侧散货船板架因装卸货物等受损后的结构极限承载能力的影响进行了研究,采用非线性有限元软件ABAQUS,建立单舷侧散货船板架完整模型和4种损伤模型,进行了舷侧板架在垂向载荷、船体纵向载荷、以及包括剪切和侧向压力的组合载荷作用下的非线性有限元计算。结果表明,因1根肋骨与板材之间连接的不同损伤,导致了相邻的其他肋骨工作应力不同程度的增加,或多或少地削弱了板架的承载能力,尤其在组合载荷的作用下,当一根肋骨的脱焊长度达肋骨长度的2/3时,板架极限承载力可下降15%。     

钢筋混凝土受扭构件的粘钢加固补强研究

主要介绍钢筋混凝土受扭构件采用粘钢加固的一些理论分析与试验结果。从理论上分析了粘钢加固能够提高钢筋混凝土构件的受扭承载能力,并推导了受扭构件粘钢加固后的极限承载力的计算公式。在理论分析的基础上利用ANSYS有限元程序,以数值分析模拟了加固的受力、破坏全过程,并介绍了受扭构件的结构试验结果。综合理论分析、数值计算、结构试验可以得出粘钢加固能有效地提高构件的受扭极限承载能力的结论,推导了相应的计算公式。     

船体弯扭耦合振动计算研究

基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论和Ｂｅｎｓｃｏｔｅｒ理论,建立了分析船体结构弯扭耦合振动的薄壁梁有限元模型。该模型能考虑翘曲和剪切变形的影响,能精确描述船体薄壁梁的纯弯状态和非均匀扭转,适用于任何形状的船体横剖面。重点讨论了翘曲位移协调问题,提出了新的船体不同剖面形式梁段间的翘曲位移协调方法。本文还讨论了船体薄壁梁计算模型的简化问题。数值算例证实了本文方法的正确性。