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。     

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。     

大型回转负载陆上弹射重复使用性能研究

大型回转负载作为陆上弹射试验中的发射主体,其发射后跌落至落地区所受的冲击载荷分布情况,将直接影响到其主体结构是否可以重复使用。本文利用MSC.Dytran软件,通过对大型回转负载结构进行流固耦合数值仿真计算的方法,研究结构和发射姿态等对负载跌落时的关键部位强度、整体应力和应变等的影响。研究结果表明,大型回转负载局部弱连接结构,可充分消耗其跌落至落地区所受到的冲击载荷,保护主体结构;沿负载应力分布方向密度递增式加强筋分布,可确保整体结构强度;发射角越大,跌落时负载受损情况越小。数值仿真结果和实际的试验结果均表明,通过结构优化设计,可使大型回转负载实现陆上弹射试验后的重复使用,能够大幅降低试验和制造成本。     

船体梁在循环载荷下的极限强度研究

在船体极限强度的研究中,对船体到达极限强度后的剩余承载能力的研究非常重要,其关系到船体结构的生命力设计,用于判断船舶破损情况下是否还能保持一定的自存能力,制定救援方案以及作为船舶在极端情况下安全性的判断依据。目前此类研究多是针对单次加载,而在实际海洋环境中,船舶会受到交变载荷的作用,如果超过弹性范围,会留下塑性应变,这些残留应变会影响船舶最终承载能力的大小。本文以逐步崩溃法为基础,用Fortran语言开发了计算程序,该程序可以得到船体梁在极限强度后的承载能力,同时通过递增塑性法来模拟循环加载带来的影响,并采用非线性有限元法进行对比验证。     

基于SACS的半潜平台在位分析

在海洋工程设计中,SACS软件集成了最新的行业规范,对杆件的校核简便易行,在固定式平台导管架和组块的强度计算中占有主导性的地位。但对于浮式平台的设计和校核,应用更多的是MOSES和AQWA。主要基于浮体的运动性能分析。结构强度的分析还是运用通用的有限元软件。通用有限元软件由于没有集成行业规范,杆件校核较为繁琐。本文通过运用AQWA计算浮式平台的水动力,在SACS中简化浮式平台模型,并将AQWA计算得出的载荷传递到SACS模型中,在SACS中完成结构杆件的强度计算和校核。