基于有限元的功率流计算及隔振系统优化设计技术研究

振动功率流法是研究柔性结构动态特性的有效手段,导纳功率流分析法是目前的主要研究方法,由于只能得到极少数简单结构的解析导纳,对于复杂的结构导纳功率流分析法束手无策.有限元动态分析可以解决绝大多数结构的振动问题,目前大多数有限元动态分析主要集中于模态分析、位移响应分析等.本文从有限元动力方程推导出发,给出了节点频域复数力的表达式,进而给出基于有限元动力分析的功率流计算方法.对一个单梁隔振系统进行理论计算和有限元计算对比,验证了该方法的准确性.最后,基于该方法对隔振器参数和振源布置位置寻优,得到最优参数使传递到基础的振动能量最小.这种方法对大型结构动态设计具有借鉴意义,可应用到工程实际中.     

船体结构有限元计算结果可视化系统的设计与实现

基于图形平台ＯｐｅｎＧＬ开发了船体结构有限元计算结果可视化系统（ＣＣＳ－ＦＥＶＳ）。本文阐述了船体结构有限元计算结果可视化系统的设计思路、系统结构、数据管理及其多种处理和显示数据场的方法，并给出了实例。     

船体结构强度直接计算中的外载荷节点化方法

在船体结构强度直接计算方法中，需要建立三维有限元模型，船体所受到的外载荷也应相应地转化为有限元节点力。本文给出了外载荷节点化的方法并编制相应的程序，用于船舶直接设计计算中。     

采用有限元和边界元方法分析弹性加肋圆柱壳的声学相似性

本文采用有限元和边界元方法,分析水下运动体的典型结构──有限长弹性加肋圆柱壳的振动、耦合振动和声辐射的相似性,给出这种结构的声学相似条件和相似关系。     

集装箱船舱口角隅应力集中系数的有限元分析的精度

集装箱船舱口角隅的应力集中是船舶结构强度的一个重要问题。随着有限元技术的发展，目前舱口角隅的应力集中系数大都可以通过有限元计算直接获得。由于有限元分析过程中存在着大量不确定性，通过控制其有限元分析各个步骤的质量来保证有限元分析的精度，已经成为一个重要的研究方向。本文利用现有有限元分析软件（ABAQUS），通过对不同模型简化方法的讨论，给出了正确计算舱口角隅结构应力集中系数的模型简化方法，并在此基础上讨论了网格尺度对应力集中系数的影响。     

推进电机端盖结构的优化设计

本文对推进电机端盖进行了机械结构优化设计.首先给出数学模型指出了数学本质,然后给出通过大型有限元分析软件ANSYS中APDL语言来实现优化的方法,在优化计算分析后,进行较详细的讨论.     

纵骨穿过舱壁板的开孔应力集中系数

疲劳裂纹各方面一往发生在船舶结构的局部高应力区，而疲劳分析结果通常取决于任何准确确定结构的应力集中系数，本文研究为铺设纵骨而在舱壁板上开孔的应力集中，采用有限元方法对预先给定的结构进行应力分析。基于有限元计算结果给出了舱壁板典型开孔（参见ABS油船规范）的应力集中系数表。     

驳船载导管架拖航及下水工况中的结构强度分析

根据相关规范,应用ANSYS有限元软件对上海船舶研究设计院的导管架拖航/下水驳船的设计方案进行了结构强度的有限元分析.为取得可靠的计算精度,对导管架、滑道和驳船均进行了精确的有限元建模,对该设计方案进行了多工况的应力和变形的计算,给出了有限元模型建立过程中单元的选取、网格剖分以及约束和载荷的处理方法,并对计算结果进行了分析,从而提出了结构改进建议和作业环境要求.本文的研究成果为驳船的设计及结构强度分析提供了参考方法.     

38m双体甲板货船总体结构强度有限元分析

利用MSC／PATRAN、MSC／NASTRAN对38In双体甲板货船总体结构强度进行了有限元强度计算。给出了外载荷的计算方法和边界条件的施加方法,并在11种工况下对38m双体甲板货船进行了总体结构强度有限元分析。通过有限元分析得到的结论可用于双体甲板货船设计与优化。计算结果表明结构强度满足强度要求。     

简支预应力U型薄壳渡槽槽身整体结构优化

给出了简支预应力U型薄壳渡槽槽身整体结构优化设计的数学模型，推导了位移灵敏度和应力灵敏度的表达式。编制了以有限元程序ADINA为结构分析求解器的结构优化设计通用程序，并对简支预应力U型薄壳渡槽进行了槽身整体结构优化设计。结果显示本文方法是有效的。     

船体强度三维有限元分析的载荷直接计算和验证

采用载荷直接计算法对鞭船船体强度进行三维有限元分析，并用该船的实航测试数据和“船体梁理论”进行了验证和讨论。     

客滚船首尾部砰击计算研究

客滚船的特殊线型——艏部外飘幅度较大和艉部的扁平肥大型结构,在营运过程中易受到砰击载荷的作用。由于该类船舶砰击问题显著,故一直是业内研究的热点。以某客滚船为例,针对其艏艉结构进行砰击计算,采用计算量适中,且可实现砰击载荷预报的频域法,将砰击载荷映射到相应各部分的有限元计算模型上,经计算分析,得到艏艉结构在砰击压力下的应力结果,最终实现对客滚船砰击强度的安全评估。整个计算探讨过程,可供同类船舶的设计研究人员借鉴。     

半潜船可拆卸式浮箱连接螺栓强度计算方法研究

随着半潜船的发展,可拆卸式浮箱的应用越来越广泛。基于水动力计算对船体的运动预报,和有限元结构分析方法,提出当半潜船的可拆卸式浮箱与船体结构之间采用螺栓连接方式时,可以通过预报的运动载荷计算浮箱的最大受力,并通过有限元结构分析计算各个螺栓的分布受力,在此基础上对螺栓强度进行计算。     

邮轮支柱设计

以国产首制大型邮轮为例,围绕其支柱的设计流程,从支柱的布置、设计载荷、规范设计和全船有限元分析等4个方面进行分析,总结该类船型的支柱设计特点。在规范计算中,主要考虑规范平均载荷和局部集中载荷2种情况下受压支柱的屈曲强度;在有限元分析中,主要考虑规范平均载荷与船体梁变形共同作用下支柱的屈曲强度和受拉支柱的屈服强度。通过全船有限元分析验证该设计满足要求,受拉支柱主要出现在艏部、艉部和上层甲板。研究成果及其实践可为后续类似船型的支柱设计提供参考。     

Free and forced vibration analyses of ship structures using the finite element method

With increases in ship size and speed, shipboard vibration becomes a significant concern in the design and construction of vessels. Excessive ship vibration is to be avoided for passenger comfort and crew habitability. In addition to the undesired effects on humans, excessive ship vibration may result in the fatigue failure of local structural members or malfunctioning of machinery and equipment. The propeller induces fluctuating pressure on the surface of the hull, which induces vibration in the hull structure. These pressure pulses acting on the ship hull surface above the propeller are the predominant factor for vibrations of ship structures are taken as excitation forces for forced vibration analysis. Ship structures are complex and may be analyzed after idealization of the structure. Several simplifying assumptions are made in the finite element idealization of the hull structure. In this study, a three-dimensional finite element model representing the entire ship hull, including the deckhouse and machinery propulsion system, has been developed using solid modeling software for local and global vibration analyses. Vibration analyses have been conducted under two conditions: free–free (dry) and in-water (wet). The wet analysis has been implemented using acoustic elements. The total damping associated with overall ship hull structure vibration has been considered as a combination of the several damping components. As a result of the global ship free vibration analysis, global natural frequencies and mode shapes have been determined. Moreover, the responses of local ship structures have been determined as a result of the propeller-induced forced vibration analysis.     

Plastic deformation of ship plate subjected to repeated patch loads at different locations - Elastoplastic numerical analysis and design equation

Ship structures may be subjected to repeated random patch loads at different locations. Under these circumstances, ship plates will have large accumulated permanent deformations, which will result in some serious negative effects on their work and safety performance. Therefore, the elasto-plastic response of ship structure under repeated patch loads at different locations are studied by using finite element method. The permanent deformations of plate in the whole loading and unloading process are investigated. In addition, the residual stress and plastic strain states of the panel and stiffeners are studied based on a typical wheel-on-deck interaction scenario. Moreover, according to Hughes's hypothesis, the equivalent method between repeated patch loads at different locations and full uniform pressure load is studied. Considered the influence of plate slenderness, the improved formula for equivalent load coefficient is proposed, showing a good correlation with experimental data and numerical results. The proposed equivalent method can be used for estimating the permanent deformations of ship structures under repeated patch loads at different locations in ship life.     

一种船用球形压力储气罐的设计与应力分析

设计了一种船用球形压力储气罐,应用软件Ansys进行了有限元建模,根据有限元模型的应力分析情况,选取三个危险截面仔细做应力分析,并进行结果评定。最后运用Ansys载荷步分析方法获得交变应力强度,分析了储气罐的疲劳性质。     

极地物探船冰载荷有限元计算方法

采用LS-DYNA有限元软件建立极地物探船的船-水域-海冰有限元模型，计算得到该型船在设计破冰厚度和设计航速下的冰载荷量和冰载荷时程曲线，并进一步研究冰体单元尺寸对冰载荷计算结果的影响。研究表明，冰载荷最大值随冰体有限元单元尺寸减小而减小。对比相关冰载荷经验公式计算结果，最终确定合理的冰体单元尺寸。研究结果对极地物探船的结构设计和结构安全性评估具有重要意义。     

压载荷下骨材贯穿孔孔边应力集中模型试验

以船舶双层底结构为研究对象开展模型试验,研究板材中的开孔在承受压力载荷作用下的孔边应力分布情况,分析压力载荷下不同开孔孔型以及不同补强结构对孔边应力分布情况的影响。在此基础上,开展相关仿真分析,将试验结果与有限元仿真结果进行对比,验证有限元仿真的准确性。     

基于FEM/BEM的船用水泵流动诱发振动噪声计算分析

离心水泵是舰船上面重要的流体机械,广泛应用于船舶冷却系统、舱底压载系统、循环水系统及消防系统。同时离心泵也是舰船管路噪声源之一,影响着船舶运行环境舒适性与舰船的安全隐蔽性。本文利用fluent软件计算流场非定常过程中叶轮所受时域脉动压力,并提出优化方案。将其作为激励源加载到水泵电机有限元模型上,采用隐式有限元法计算泵组表面振动速度与机脚处加速度,估算泵组振动烈度。将有限元振动速度导入Virtual.Lab软件,采用声学边界元计算泵组的空气噪声辐射。计算结果表明,泵组出水口处与机脚处振动噪声较大,应采用相关的减振降噪技术。