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。     

Spar风机非稳态动力响应分析

文章采用多体动力学仿真器FAST,研究5MW OC3 Hywind Spar浮式风机平台非稳态动力响应,计算工况为JONSWAP海浪谱,有义波高6.8 m,谱峰周期10.2 s,流速0.642 m/s,波浪、流和风方向均为0°。研究结果表明在气动载荷影响下,风机运行相比于风机停机时,浮式平台垂荡运动幅值减小,而平台纵荡和纵摇的运动幅度增加到2.1和1.5倍,其他自由度的运动幅度增加到1.2～1.8倍,平台系泊张力响应幅度最大增加到4倍。此外发现相对于风机正常运行情况,风机启动过程中平台的纵荡运动幅值增加19.3%,引起平台大幅度漂移运动,导缆孔张力增加10%。气动载荷主要影响平台6个自由度运动的最值和均值,而对平台系泊张力主要影响其标准差,建议研究浮式风机基础的运动响应及系泊张力应考虑风机运行的气动载荷。     

大型海上风电机组扭振瞬态响应计算研究

针对波动性的空气扭转载荷会严重影响风电机组传动系统中关键部件使用寿命的问题,以某5MW海上直驱型风电机组传动系统为研究对象,建立了模拟真实风的风剪切、塔影效应、湍流效应的气动载荷模型,归纳了风电机组扭振分析的计算流程,结合简化的风电机组双质量模型得到了传动系统在不同风载荷模型作用下的瞬态扭振响应特性。结果表明:风剪切—塔影效应对于风电机组的瞬态扭振响应影响较小,而湍流风效应对风电机组的扭振响应较大。     

水下爆炸载荷作用下变截面结构中应力波的传播特性研究

随着科学技术的发展,越来越多的学者关注水下爆炸对舰船结构的毁伤特性研究。应力波作为结构载荷和能量传递的形式,对于认识结构系统的冲击响应特性至关重要。但是,关于水下爆炸载荷作用下船体板架类变截面结构中应力波的传播特性目前仍认识不足。本文将基于应力波理论,借助有限元法研究在冲击载荷作用下变截面杆和舷侧外板中弹性波的传播特性。首先,结合应力波理论,基于耦合的欧拉-拉格朗日法(CEL)和欧拉体积分数法研究在水下爆炸冲击载荷作用下变截面杆中弹性波的传播特性,对数值研究方法的精度进行验证;然后研究舷侧外板在受到水下爆炸冲击载荷作用下结构中弹性波的传播特性,并且利用冲击响应谱分析方法研究结构的响应规律,为后续研究复杂舰船结构的冲击响应规律提供参考。     

“雪龙2”船体监测及辅助决策系统设计

船体结构强度是影响冰区船舶航行与作业安全性的一个重要因素。我国自主建造的"雪龙2"号船上设计安装1套船体监测及辅助决策系统,利用预埋在船体各部位的光纤传感器测量结构应变、结构温度、加速度等信息,通过相应数据处理实时评估结构强度,给船员提供结构安全警示功能并给出航行作业过程中的辅助决策。该系统有利于提高"雪龙2"号船的结构安全性。文章对"雪龙2"号船上安装的船体监测及辅助决策系统设计进行详细介绍,对其他船舶安装应力监测系统有一定的工程借鉴意义。     

小型双体船桁架式连接桥结构强度评估及优化

针对1艘钢管桁架式连接桥结构的小型双体船,采用直接计算法对连接桥进行局部强度评估。重点关注横向载荷,利用三维线性势流理论和设计波法计算双体船的波浪载荷,计算连接桥结构在危险工况下的结构响应,对不满足规范要求的杆件进行优化。结果表明,基于桁架式设计理念的连接桥强度满足要求,可为类似船型设计提供参考。     

砰击载荷作用下船体局部结构优化设计

本文以某船船首结构为研究对象,基于Fluent与Sesam分别计算了船体砰击压力系数和砰击瞬时船体与波浪之间的相对速度,采用"两步走"的方法对船首底部及外飘处的砰击载荷进行研究。考虑砰击载荷在船首区域的时空分布,将该载荷分区施加在船首结构表面,计算了船首结构在砰击载荷作用下的结构响应。研究发现,在船体纵向方向,越靠近船首的位置,相对入水速度越大;在垂向方向,入水速度呈现先增大后减小的趋势。根据计算结果对船首局部结构进行了优化设计。     

周期性阻振质量船体板弯曲振动带隙研究

文章采用有限元法结合布洛赫周期性边界条件,计算了周期性阻振质量船体板的能带结构、本征位移场以及频率响应函数,研究了周期性阻振质量船体板的弯曲振动带隙特性,并进行了试验验证。研究结果表明,阻振质量的引入导致周期性阻振质量船体板的能带结构中弯曲振动带隙的产生,引起了弯曲振动波衰减和振动抑制,通过调节阻振质量的几何参数可以实现船体板弯曲振动带隙的人工主动调控,为船舶与海洋工程结构的振动与噪声控制提供了新的思路。     

双向应力场中表面裂纹应力强度因子的权函数法

半椭圆表面裂纹是船舶等焊接结构中常见的损伤形式,计算裂纹尖端应力强度因子是结构损伤容限设计的前提,权函数法是求解复杂应力场中应力强度因子的有效手段之一。本文基于一种集中力载荷权函数统一形式,通过三维有限元建模计算了裂纹半长比a/c=0.05~1.0、裂纹深度比a/T=0.01~0.8的表面裂纹应力强度因子,并将其作为参考解,得到一组形状适用范围更广的有限厚度平板表面裂纹最深点和表面点的二维权函数。权函数的准确性通过在裂纹面上施加最高六阶的双向变化应力载荷进行验证,权函数法结果与有限元法相比求解误差在10%以内。文中所提出的权函数为复杂焊接结构表面裂纹扩展分析奠定了基础。