基于有限元分析的船舶耐碰撞结构设计

耐碰撞设计是船舶结构设计中的关键部分,船舶发生碰撞会引起结构损伤,严重的还可能导致船只沉没等事故。船舶碰撞过程是一个多学科综合问题,涉及了材料力学、结构动力学等众多知识,同时,碰撞过程也具有非线性特征。因此,船舶耐碰撞结构设计是一项研究的难点。近年来,有限元分析技术在船舶结构设计领域逐渐广泛应用,基于有限元的建模和仿真技术提高了船舶结构设计的水平。本文基于Ansys有限元软件,对船舷侧结构建立有限元模型,并进行数值模拟和仿真分析。     

尼铁现代化项目中矩形空心桥台的优化设计

当前常用的时速200 km的铁路矩形空心桥台参考图中的桥台截面尺寸偏厚,安全富余量很大。为节约混凝土圬工量,希望在保证安全的前提下减少桥台截面尺寸。首先提出专门针对铁路矩形空心桥台台身截面计算的荷载图示,然后利用这一新的图示对拉伊铁路项目中使用的常规矩形空心桥台进行有限元分析,经过不断试算提出最优的截面尺寸。在钢筋用量基本不变的情况下,新尺寸桥台较原参考图中桥台的混凝土用量减少10%以上。对于项目所在地尼日利亚国水泥价格高昂的情况而言,桥台尺寸的这一优化将产生较大的经济效益。     

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.     

小型船舶的舷侧抗冲击结构研究

随着人类对海洋资源开采与利用率的不断增加,海上航线的密度增大,再加上气象、人文因素等导致船舶碰撞事故频繁发生。船舶碰撞事故往往会造成船体结构破坏、燃油泄漏、人员伤亡等严重后果,因此,研究船舶的舷侧抗碰撞冲击结构有重要的作用。本文的研究对象主要是小型舰艇的船舷结构,利用有限元仿真技术和模拟数值计算,分析和设计了小型舰艇的抗冲击结构,有效地改善了小型舰艇舷侧的抗冲击性和安全性。     

挡墙桩基拔除与重建施工技术

文章以上海轨道交通11号线穿越桥台桩基为工程背景,通过综合比选确定了套管拔除+水压减摩的桩基拔除方案和“L”型挡墙+搅拌桩加固的挡墙重建方案;运用数值模拟软件对重建过程位移场的变化情况进行了计算复核.计算结果表明: “L”型挡墙结构能较好地抑制河道开挖过程中墙背土体的沉降,且结构自身变位小,能满足工程安全和周边环境保护的要求.研究成果可为今后类似工程提供借鉴和参考.     

水流作用下悬浮隧道耦合动力数值模拟分析

安装在深水区的悬浮隧道在水流作用下会产生交替脱落的漩涡,从而使得悬浮隧道受到周期性的力,进一步导致悬浮隧道产生涡激振动。当涡脱落频率与悬浮隧道固有频率相接近时会发生"锁定"现象,进而导致悬浮隧道发生振幅较大的运动,类似于结构的共振状态。文章利用有限元数值方法求解不可压缩粘性流体雷诺平均Navier-Stokes方程,并结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法,对不同雷诺数下(Re=1 000～100 000)悬浮隧道的涡激振动问题进行了数值模拟研究。计算中悬浮隧道受到弹簧和阻尼的约束,并允许其仅发生横流向的运动,研究了不同结构自振频率下悬浮隧道的受力和运动情况以及不同浮重比情况下悬浮隧道的受力和运动的结果。结果表明,在计算的各雷诺数下,悬浮隧道发生"锁定"的频率基本一致,但是悬浮隧道不同浮重比对"锁定"区间存在影响作用。     

鱼雷转缸式斜盘发动机有限元分析

基于Ansys/Mechanical建立转缸式斜盘发动机的有限元模型,得到发动机整机和配气阀座的应力和应变分布,将发动机作为一个整体进行分析相比传统方法更全面和准确。分析表明:在发动机设计时应适当增加发动机支撑框架的刚度,提高发动机的运转平稳性,保证主轴和斜轴之间不产生干涉。阀座和气缸体之间的过盈量为0.04～0.06 mm有利于阀座的应力分布,所得到的结果为发动机的工程设计提供依据。     

桥墩及桩基形式对墩底平转施工转盘设计的影响

以新建福厦(福州—厦门)高速铁路17500 t转体刚构为背景,采用实体有限元方法分析了不同桥墩类型及桩基布置对墩底平转转体中转盘受力的影响,并对桥墩及桩基进行了优化。结果表明:实体墩对上转盘受力最有利,其次是空心墩,最不利的是双薄壁墩;增加墩底实体段能够有效降低空心墩、双薄壁墩上转盘的主拉应力;随着墩底实体段高度的增加,主拉应力降低的幅度逐渐变小;球铰正下方有桩基时对下转盘底部受力更加有利;距离球铰中心越远,桩基受力越小,适当增加中桩桩径,可使各桩基应力状态更加均衡。     

29.6 m高速双体风电运维船有限元强度分析

以29.6 m高速双体运维船结构为研究对象,根据中国船级社(CCS)《海上高速船入级与建造规范》(2015),运用有限元分析法对主船体和连接桥结构的总横强度和扭转强度进行强度评估。建模时,采用局部嵌入细化网格的模式,即对应力较小区域处采用常规的板格,而对应力集中处采用细化网格,网格大小不超过50 mm×50 mm,并逐步过渡到常规网格。通过整船建模以及对局部嵌入细化网格的校核,优化了双体船的结构,为控制船体总重提供了依据。