关于海船船体总强度准则的一个新见解

  目的  为提高船体加筋板极限承载性能非线性数值模拟的准确性,研究理想弹塑性、各向同性强化及循环塑性Chaboche材料模型对加筋板极限状态时的塑性屈服分布及压缩、拉伸极限强度的影响。  方法  针对某同一尺寸加筋板,采用ANSYS软件开展轴向循环压缩、循环压缩−拉伸载荷下的极限承载性能非线性有限元数值模拟。  结果  结果显示,不同的材料属性对加筋板极限承载性能及极限状态时的塑性屈服分布具有显著影响;在开展船体加筋板极限承载性能非线性有限元数值模拟时,需要根据不同的载荷形式选择恰当的材料模型。  结论  所得结果对进一步研究船体结构在循环载荷作用下的极限强度特性及累积塑性破坏机理具有一定的参考价值。     

水下爆炸条件下自由场压力载荷时频特征分析

  目的  加筋板结构参数对其抗水下爆炸性能有重要影响,需要对加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的具体影响进行分析。  方法  基于耦合欧拉−拉格朗日（CEL）方法开展数值模拟研究,分析加筋板结构参数对结构抗爆性能的影响。基于加强筋在水下爆炸载荷作用下的吸能规律,引入系数来表征加强筋的影响程度,提出一种考虑加强筋系数的等效厚度计算方法。  结果  对加筋板抗水下爆炸能力影响显著的3个因素分别是加强筋高度、面板厚度和加强筋厚度,翼板厚度影响较小。在结构质量改变量相同的情况下,横/纵向加强筋高度对加筋板破口面积的影响是翼板厚度的2.5倍,面板厚度和横/纵向加强筋腹板厚度对破口面积的影响是翼板厚度的2倍。随着加强筋高度、加强筋数目、加强筋厚度等参数的增加,加筋板结构强度和抗水下爆炸能力增强,损伤程度减小。采用考虑加强筋系数的等效厚度计算方法得到的相关性系数为−0.94,该方法能较好地反映加筋板抗水下爆炸的能力。  结论  研究结果可以作为舰船结构抗水下爆炸载荷评估的基础,为舰船抗爆结构设计提供参考。     

多工况应力约束下多用途船货舱结构优化

  目的  为提高有限元结构强度校核效率,减少尺寸优化迭代成本,提出散货船双层底纵桁的板缝布置和尺寸优化方法。  方法  首先,基于理论公式论证子模型技术的可靠性,提出双层底纵桁优化设计的多工况筛选方法。然后,以某散货船双层底纵桁为例,对纵桁进行板格划分,以板格厚度为变量、《散货船和油船共同结构规范》（HCSR）的许用应力为约束条件进行尺寸优化,用穷举法列举所有板缝布置方案对优化后的板格厚度进行合并,选出重量最轻的板缝布置优化方案。最后,基于HCSR舱段有限元计算的屈服强度要求,对上述散货船双层底纵桁需加强的区域进行板缝布置优化,在此基础上,采用尺寸优化方法实现满足屈服强度要求的结构尺寸优化。  结果  结果显示,采用提出的基于尺寸优化的板缝布置优化和结构加强方法能减轻优化区域重量 4.9%。  结论  所提方法能有效减少人为有限元加强时的随机性,优化有限元结构加强方案,减轻结构加强重量。     

部分浸没悬臂平板的声振特性

研究水下结构的声辐射问题时,流体声介质通常被假设为无限域,然而对于大部分水面海洋结构物,则是部分浸没在水中,自由液面的作用不可忽略。通过构造反对称边界条件来考虑自由液面的影响,采用有限元法结合间接边界元法研究水中部分浸没悬臂平板的振动和声辐射特性。首先,计算悬臂平板在不同浸没深度下的固有频率和模态振型,并与已有文献的算例进行对比分析,验证该方法的正确性;然后,对半浸没悬臂板的声辐射特性进行计算,并讨论载荷位置和浸没深度对平板声振特性的影响。研究表明:平板在水中的固有频率随着浸没深度的增加而降低;载荷位置对平板辐射声功率级有影响且和频率有关;平板辐射声功率是随着浸没深度的增加而增大,低频段辐射声功率曲线的峰值随着深度的增大有向低频移动的趋势。     

附加多个集中质量加筋板的自由振动分析

基于能量泛函变分的方法,研究附加多个集中质量纵横加筋板的自由振动特性.在处理板与筋条的变形协调约束条件时,通过引入拉格朗日乘子,把板、梁组合振动分析问题转化为处理一类无约束泛函变分问题,从而得到加筋板的广义特征值矩阵方程.通过集中质量点的形式引入板上装载设备质量.求解方程可以得到组合结构的各阶固有频率.以四边简支边界条件纵横离散加筋板为计算实例,通过特征值确定其振型并与仿真分析结果进行对比分析,表明其准确有效,可为此类工程问题的研究提供理论基础.

     

板梁偏心连接结构有限元分析

为了合理处理列车车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题, 分别基于罚单元法和La-grange乘子法构造了板梁组合结构模型, 将组合结构中相关节点对之间通过偏心关系建立的约束方程引入到平衡方程中, 解决了梁单元因偏心连接而对组合结构总体刚度矩阵的贡献问题, 并编制了求解板梁组合结构静强度计算问题的有限元程序。实例计算表明不但两种计算方法的计算结果吻合, 而且其计算结果均与有限元分析软件ANSYS 9.0计算结果接近, 位移误差在1%以内, 应力误差在2%以内, 分析表明二者均是处理板梁偏心连接组合结构的有效方法。     

水下爆炸时舰船正交异性板的简化方法研究

按照承受载荷的不同将船体中的板分为两种,即承受板中面内载荷的平面应力板和承受垂直于板中面载荷的弯曲板元。根据这两种分类将加筋板按不同的方法实现了结构正交异性向材料正交异性的转化,即将板上的加强筋按照一定的方法折合到所附连的板上,进而实现材料上正交异性板的有限元软件模拟。但这种转化并非是完全等效。文章提出了某些参数的修正方法,对实际工程中所关心的几个参数实现了统一。通过比较有限元的计算结果,表明正交异性板在特定工程领域中是可用的,对相关研究和工程计算具有一定参考价值。     

基于刚度等效模型的减重孔板结构快速分析方法

为了能够更有效率地对减重孔板结构进行计算分析, 提出一种快速分析方法; 研究了减重孔板结构模型与平面板结构模型间的一般刚度等效关系, 建立了减重孔板孔径、孔距与相应平面板等效杨氏模量、等效板厚间的关系表达式, 以等效平面板结构模型代替原孔板结构模型进行变形分析; 将局部节点位移施加到相应目标孔位模型上, 计算了目标孔位区域的应力分布; 结合试验与仿真验证了方法的准确性; 通过对某实际减重孔板结构施加不同载荷, 对刚度等效关系的稳定性进行了验证; 通过某车体底架带孔板结构实例, 对方法应用于实际工程中的有效性进行了验证。分析结果表明: 与试验结果相比, 快速分析方法仿真变形最大误差约为3%, 应变的最大误差约为5%;不同载荷下的等效杨氏模量偏差约为2.5%, 等效板厚的偏差约为1.3%;快速分析方法对变形与局部应力的平均计算误差小于6.7%, 计算时间缩短了约50%。可见, 快速分析方法可以替代传统方法对减重孔板结构进行性能分析。     

水下接触爆炸作用下的船体板架结构毁伤研究

船体板架是舰船中最主要的结构形式,研究在水下接触爆炸作用下的船体板架毁伤过程对于舰船的抗爆抗冲击设计具有重要意义。借助AUTODYN通用软件,建立船体板架水下接触爆炸数值模型,同时运用耦合欧拉—拉格朗日算法进行计算,并与试验最终失效模式进行对比,吻合良好。分析了水下接触爆炸作用下船体板架毁伤全过程,并对船体板架破口的形成和扩展进行了分析,探讨了加强筋的破坏模式,提出了板架结构中板和加强筋破坏模式的耦合效应。通过研究,揭示了水下接触爆炸作用下船体板架的毁伤特性。     

爆点位置对空中接触爆炸下加筋板架破坏的影响

为研究爆点位置对导弹接触爆炸下船体板架破坏所造成的影响,通过有限元模拟研究加筋板架在由2种药量和4个爆点位置组合成的8种工况下的破坏过程、破口大小及变形能,对比分析同种药量下爆点位置对加筋板架破坏的影响。结果表明：相同药量的炸药在加筋板架的不同爆点位置接触爆炸时,所产生破口大小间的差异可达20%以上,药量较小时,破口形貌的差别也较大;炸药在肋骨与纵骨交汇处爆炸时,与相同炸药在板格中心爆炸相比,加强筋的变形能可高出2倍左右,加筋板架的变形能则可高出40%以上。