Mixed analysis of shell and solid elements using the overlaying mesh method

 This article presents a mixed method of analyzing shell elements and solid elements using the overlaying mesh method. In the structural design of a ship's hull, the shell elements are used for the global model. However, the solid elements are necessary to analyze the stress concentration zones or the vicinity of a crack. In such cases, the models are analyzed using zooming analysis, in which the results of a global model analysis are transferred to a local model analysis by imposing boundary conditions. This method is more advantageous than zooming analysis in terms of the accuracy of the solution and the modeling flexibility. Some examples of a plate model with a cracked surface or with a projection are shown in order to demonstrate the effectiveness of the method. Received: August 6, 2002 / Accepted: November 25, 2002 Address correspondence to: S. Nakasumi (sumi@nasl.t.u-tokyo.ac.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Nav Archit Jpn 2001;189:219–224; and 190:655–662)     

上凸型内孤立波场中顶张力立管极值响应分析

为研究上凸型内孤立波作用下立管的响应问题,建立了顶张力立管在上凸型内孤立波场中的运动方程,流体作用力通过Morison方程求解,上凸型内孤立波引起的速度和加速度用两层流体KdV方程计算;采用有限元法离散控制方程,并用Newmark-β法在时域内求解。通过数值模拟探索上凸型内孤立波作用下顶张力立管的位移、弯矩、应力、顶底端转角等极值响应规律,并分析内孤立波幅值、上下两层流体密度差、顶部张力及壁厚对立管响应的影响。研究结果表明,上凸型内孤立波会引起顶张力立管的位移、弯矩、应力及顶底端转角显著增大;由于上凸型内孤立波引起的海水剪切作用剧烈,导致上下两层流体中立管位移反向。     

波浪中过度加速度的非线性时域预报

国际海事组织(IMO)船舶设计建造分委会(SDC)第4次会议把过度加速度稳性直接评估的制定提上议程。然而,如何准确预报和评估波浪中的过度加速度依然是一个亟待解决的问题。文章针对此挑战,采用三维时域混合源法进行了波浪中过度加速度的直接预报和评估。首先,采用三维时域混合源法,建立了波浪中船舶大幅横摇运动和船体任意位置处横向加速度的非线性时域预报方法;其次,以4000TEU集装箱船为研究对象,开展规则波和不规则波中的大幅运动模型试验,对计算方法进行验证;然后,对比分析了3DOF(垂荡—纵摇—横摇)和4DOF(横荡—垂荡—纵摇—横摇)耦合数学模型的计算精度;最后,分析了船体横向加速度的影响因素。研究表明,考虑横荡影响的4DOF数学模型计算精度较高;数值计算结果和模型试验结果吻合良好,证明文中建立的非线性时域方法可有效预报波浪中的过度加速度,可用于IMO过度加速度衡准的制定,也可为船舶设计提供评估手段。此外,文中还研究了IMO薄弱性衡准草案中中国和德国联合提出的加速度简化计算方法的适用性,证明该简化计算方法具有一定的保守性,符合衡准的要求,可用于过度加速度薄弱性衡准计算。     

爆夯法处理水下抛石基床在曹妃甸的应用

唐山港曹妃甸港区通用码头工程是曹妃甸港区第一个较大规模采用沉箱结构的重力式码头。根据爆夯法处理水下抛石基床在曹妃甸通用码头工程中的应用实例,对爆夯工艺的施工方法和实际效果进行了总结,为该工法在曹妃甸类似工程应用积累了经验。     

强震区板桩结构成层土地震土压力的计算方法

物部-冈部公式广泛应用于地震作用下的土压力计算,但因其适用条件的局限性,不能用于板桩墙后既含砂土又含有黏土的非均质土,且国内外规范对此类成层土的地震土压力计算没有统一的规定。总结国内外规范中成层土地震动土压力计算方法,找出其本质差异,在前人研究基础上引进整体极限平衡方法,结合SLOPE软件,得出强震区板桩结构成层土地震土压力的计算方法,并通过海外强震区港口工程实例验证,为同类工程提供参考。     

水泥土室内制样方法与配合比试验

水泥土室内配合比试验是深层水泥搅拌法工程应用中一项重要的前期工作。基于大量室内试验,总结提出干土制样法与湿土制样法两种不同的水泥土制样方法及其试验流程,并对其优缺点与适用性进行比较,得出以下结论:1)当以试验土样目标含水率为变量,或试验土样初始含水率大于目标含水率时,应采用干土制样法; 2)当研究在土样初始含水率下其他因素对水泥土强度的影响时,采用湿土制样法更为合适、高效。以香港冲积层黏土为研究对象,采用干土制样法分析土样含水率对水泥土无侧限抗压强度的影响。试验结果表明,在含水率40%～80%范围内,不同龄期的水泥土强度均随含水率的增加而减小,且在高含水率(大于70%)下水泥土强度随龄期增长不明显。     

“穷举法”在油船货油舱分舱优化设计中的应用

为实现油船货油舱分舱优化,以一艘大型油船为例,根据MARPOL公约和共同结构规范(HCSR)的要求,在主尺度、船型和货油舱总舱容确定的情况下,以最小静水弯矩为优化目标,基于"穷举法"编制优化货油舱横舱壁位置的应用程序。实际应用结果表明,该程序可运用到油船的分舱优化中,能达到快速、合理地分舱,提高设计效率的目的。     

长江下游深水航道疏浚量的预测与分析

长江中下游航道整治与维护的疏浚量到底有多少,对长江下游深水航道建设维护疏浚的疏浚量和船舶需求分析至关重要,涉及到长江下游深水航道维护疏浚船舶的选型决策。总结长江航道维护船舶的相关前期研究工作,探讨在长江下游航道维护疏浚的主要影响要素,提出复杂工况条件下航道维护疏浚量的测算方法。     

双排钻孔灌注桩坞墙结构设计

结合浙江某船厂船坞改扩建工程可利用岸线和空间极其有限、地质条件复杂、施工条件局限等特点,提出了一 种双排钻孔灌注桩坞墙结构。在分析其作用机理和计算方法的基础上,给出了一种基于m法的数值模拟方法,并对该结构 进行了详细的受力分析,为本工程提供了可靠的结构设计依据。     

半潜式平台码头系泊系统设计

依据半潜式平台受到环境力、缆绳拉力和护舷反力的静态平衡方程,通过优化系船柱间缆绳的可行连接、每组缆绳数量以及每根缆绳的初始长度来提高潜式平台抵御环境条件的能力,并在此基础上建立码头系泊系统的设计方法。根据极限和常规海况码头系泊要求,完成系泊布置方案,并提供操作指导。