豪华邮轮结构设计特点与分类设计技术

考虑到现代豪华邮轮已经由传统意义上的远洋交通工具演变为海上休闲娱乐的重要载体,设施齐全,功能多样,可以容纳更多游客的高、大、长上层建筑成为豪华邮轮最显著的特点,通过分析豪华邮轮多甲板、长上层建筑船体结构的静力及动力响应规律,总结出豪华邮轮船体平均应力水平低、高应力区域多、板薄易屈曲、振动噪声分布不均衡的整体特点,从顶层设计的角度提出分类设计技术。

深海采矿船总强度有限元计算方法及结果分析

为了解深海采矿船在位工况时环境载荷作用下的全船结构响应状态,选取合理的装载工况和波浪特征载荷,基于三维势流理论,对波浪载荷响应进行数值分析,确定设计波载荷并进行总强度计算。结果表明,根据《深海采矿设施指南》,以及CCS、ABS、BV的其他相关规范,可以形成一套可供参考的深海采矿船总强度分析的方法及要求;深海采矿船结构设计应重点关注月池及其相连结构、货舱区纵向桁材向舱壁的过渡结构,以及货舱区角隅等结构区域。

船舶骑冰事故下船体梁结构强度特征分析

[目的]针对船体梁与冰层相互作用后的结构强度变化问题,提出骑冰工况下船体梁结构强度分析方法,揭示相应的结构强度特征。[方法]首先,建立船体梁结构强度分析模型,并根据各分段属性建立对应的船体梁载荷分析模型;然后,在载荷分析模型中求解得到骑冰工况的浮力分布并代入结构强度分析模型中,以考虑骑冰带来的浮力变化;最后,施加重力及冰层支反力,进行结构强度计算,并分析抬升位置和抬升高度对船体梁浮力、剪力、弯矩以及局部应力分布的影响。[结果]结果显示,当船首抬升高度变化时,船体梁存在浮力与剪力不随抬升高度变化的点,该点分别位于船体梁后半段以及船中;当抬升位置位于球鼻艏时,该部位的舷侧外板更接近于垂直,不利于抵抗冰层支反力,导致高应力面积相对较大,更危险。[结论]采用所提方法能够计算船体梁结构在船首大幅度抬升情况下的结构响应,计算效率高,可初步判断危险骑冰工况下船体梁的结构强度。

B型LNG燃料舱支座结构的强度分析

B型LNG燃料舱支座结构的受力机理较为复杂,其强度分析在设计中应给予重视。提出一套针对B型燃料舱支座结构强度分析的标准流程,能综合考虑层压木压力和摩擦力对支座结构强度的影响。给出一种B型燃料舱支座系统的设计方案,以典型的垂向支座和止横摇支座为例,应用子模型技术对其结构强度进行分析。支座结构的强度分析方法和应力分布特性可为实际工程中B型燃料舱支座的设计与分析提供参考。

B型LNG燃料舱的结构强度耦合分析

为进行B型燃料舱结构强度评估,提出一种舱段耦合分析方法,通过考虑垂向支座层压木的摩擦力作用和其他类型支座层压木的初始间隙,模拟出燃料舱与主船体结构之间的传力机制。应用舱段耦合分析方法,对B型燃料舱的结构强度进行分析,探讨舱体结构的屈服强度特性、屈曲强度特性,以及支座支撑力的分布规律,为B型燃料舱的结构设计与分析提供参考。

轴向循环载荷下扁钢加筋板极限强度研究

为分析带板厚度、加强筋尺寸及循环加载模式对扁钢加筋板极限强度的影响,采用有限元软件ABAQUS,基于初始变形、焊接残余应力和鲍辛格效应,针对不同带板厚度和加强筋尺寸的扁钢加筋板开展了3种轴向循环载荷模式下的极限强度数值模拟。研究结果表明:当扁钢加筋板的带板厚度相同时,经循环载荷后,加筋板的极限强度随加强筋尺寸的增加而下降,其下降程度减缓;当加强筋尺寸相同时,经循环载荷后,加筋板的极限强度随带板厚度的增加而下降,其下降程度加剧;当循环载荷的幅值由大到小时,扁钢加筋板的极限强度下降程度最大;在等幅循环载荷时,扁钢加筋板循环后的极限强度下降程度最小。

活动车辆甲板建造精度及挠曲变形分析

活动车辆甲板(块)是典型的薄板焊接结构,文章阐释了关键建造工艺的合理优化和实施,实现了活动车辆甲板(块)的严格的尺寸精度、安装精度要求。横向挠曲变形是车辆运输船特有的变形形态,通过有限元分析方法对典型载荷状态下的船舶横向挠曲变形进行了分析,评估并验证了算例船舶活动车辆甲板(块)的安装精度应对挠曲变形的缓冲减抵,保证了活动车辆甲板(块)的结构安全。

拖网渔船导缆孔支撑结构强度分析

为确保某双甲板拖网渔船导缆孔强度满足相关规范要求,防止由于支撑结构强度不足而导致船体结构被破坏,使用有限元方法对艉部导缆孔及其支撑结构进行仿真计算,并将计算结果与相关规范进行比较,进而确定支撑结构的高应力区域。此外,针对现有船体结构强度不满足规范要求的问题,结合拖网渔船艉部系泊设备的布置特点,为艉部增设内舷墙结构。研究表明:增强方案合理有效,可确保导缆孔支撑结构强度满足规范要求。研究成果可为拖网渔船导缆孔支撑结构设计提供一定参考。

循环载荷下基于热弹塑性有限元法的船体加筋板极限强度分析

为进一步明晰船体结构极限承载性能,有必要综合考虑焊接初始缺陷、材料鲍辛格效应以及载荷循环属性对船体加筋板极限强度的影响。采用热弹塑性有限元法对扁钢加筋板进行焊接数值模拟,并开展了循环压缩-拉伸载荷下达到弹性安定状态的加筋板极限强度分析。研究结果表明:船体加筋板焊接残余应力在首次循环卸载后释放程度最显著,并随循环载荷幅值增大而增加;在循环载荷作用下,船体加筋板达到弹性安定状态后的极限强度有所提升,但循环载荷幅值对其极限强度提升效果不明显;在相同循环载荷幅值下,采用Chaboche模型计算得到的极限强度比理想弹塑性模型要高;采用热弹塑性有限元法能直接获取船体加筋板焊接的初始缺陷,对进一步研究船体结构在循环载荷下的极限承载性能具有一定参考价值。

不同桨叶数量的高转速明轮推进性能

【目的】研究不同桨叶数量的高转速明轮推进器力学特性,以解决目前高转速明轮推进器流场特性不清晰的问题。【方法】采用计算流体力学,基于N-S方程,对系列桨叶在不同转速下的推力、升力、力矩以及流场特性等进行研究,并与试验结果进行对比分析。【结果与结论】本研究提出的计算方法对于高转速明轮的推力在v<5 m/s和v=9 m/s牵引航速段时误差较大,但在峰值v=7 m/s附近误差普遍在9%以下,且总体变化趋势与试验结果接近;明轮在不同牵引航速和不同转速下均有一个最佳推力曲线,且桨叶数量不同时最佳的推力也存在差异;明轮在牵引航速v<5 m/s时有轻微颤振,主要由于桨叶的进流角设计与牵引航速不完全匹配有关,而过高的转速(r>2500 r/min)不会对明轮的推进效率产生增益;在高牵引航速(v>8 m/s)状态下可以通过增加桨叶数量的方式提高明轮的推进效率。

船舶弃锚器及其结构加强分析

以某散货船弃锚器及其加强构件为研究对象,提出3种加强方案,利用有限元方法,依据HCSR相关要求进行局部强度计算,结果表明,3种方案均满足强度要求;分析不同的弃锚器布置位置的影响,结合计算结果对比分析3种方案的优缺点。

基于神经网络与遗传算法的潜艇舱壁结构优化

建立了某潜艇端部耐压平面舱壁结构优化设计的数学模型,以舱壁上加强桁(筋)结构的剖面尺寸为设计变量,结构强度、稳定性、工艺性要求为约束条件,以加强桁(筋)结构总体积为目标函数,用人工神经网络方法代替结构的有限元分析,结合遗传算法完成了舱壁的结构优化设计。在为网络生成学习样本时,自行设计了正交表,解决了因为设计变量多,无法选取合适正交表而随机取样的问题。数值仿真结果表明,优化设计方案质量较原始初步设计方案减少了18.3%。

船舶结构钢海洋环境点蚀模型研究之二:实船蚀坑形态与径深比时变模型

文章基于点蚀生长原理与实船蚀坑形态检测数据,对船舶受点蚀构件的两类主要蚀坑的形态、形成机制及其随船龄演化情况作了大致描述。认为遭受点蚀船舶构件的蚀坑形态与其所处位置、服役时间等密切相关;两类蚀坑形态差异的原因在于其各自点蚀进程中的具体控制因素及相应的影响程度存在较大区别。论述证明将点蚀蚀坑径深比处理成随时间变化的函数是有理论和事实依据的;并与点蚀深度模型相结合,依据Yamamoto实测散货船货舱区肋骨蚀坑数据建立了相应的蚀坑径深比时变模型。

卫星结构蜂窝夹层板的等效计算

在利用 MSC/NASTRAN对卫星结构进行有限元计算时 ,必须对蜂窝夹层板进行预先的等效处理 ,等效处理的合理与否将直接影响到计算结果的可信度 .为此 ,研究了 3种不同的等效方法 ,即三明治夹心板理论、蜂窝板理论以及等效板理论 ,其中三明治夹心板理论方法只对蜂窝夹芯进行等效 ,而蜂窝板理论和等效板理论方法则是对整个蜂窝夹层板进行等效 .分别采用这 3种等效方法 ,对某铝蜂窝夹层板的 2种工况进行了模态分析 ,并将计算结果进行了比较 .结果表明 ,运用等效方法的计算结果非常接近于解析解 。

浮体与系泊系统的耦合动力分析

浮体与系泊系统的耦合动力分析对各种新型海洋平台和海洋结构物的应用具有重要意义。在浮体和系泊系统的时域耦合分析中,研究并提出了一种预报浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的分析技术。考虑瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立浮体的非线性运动方程并求解,其中,入射波力和静恢复力按瞬时物面条件计算,辐射力和绕射力按浮体在瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动来计算;考虑系泊缆索受到的非线性流体动力及大位移,采用三维弹性梁理论将缆索模型化,把缆索看作是等拉伸、等弯曲刚度的细长结构,并采用非线性有限元法对缆索的运动方程进行求解;将浮体的分析方法和系泊缆索的分析方法结合,建立了浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的耦合计算方法;对缆索,使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解;对耦合动力分析方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,并且合理排列和控制求解次序,这样大大提高了计算效率。对系泊浮体的固有周期、各种工况下大幅非线性运动、缆索张力等进行了计算,并进行对比研究,可以看出,该文的方法既适用于缆索小变形条件下,也适用于缆索大变形条件下浮体与系泊系统的耦合动力分析。

船舶结构钢海洋环境点蚀模型研究之一:最大点蚀深度时变模型

腐蚀是导致老龄船舶结构失效的主要原因之一。结合基本点蚀原理,本文对碳钢、低合金钢海水全浸带点蚀的主要影响因素、具体点蚀进程做了简要解释与评述。针对我国船舶结构常用碳钢、低合金钢的实海腐蚀试验观测数据建立了新型Weibull函数形式的点蚀最大深度模型。通过对比验证,证明采用Weibull函数表示点蚀最大深度随时间变化关系是合适的。

敷设声学覆盖层的板架结构抗冲击性能数值计算研究

为提高潜艇的隐身性能,通常在潜艇非耐压壳板外表面敷设消声瓦,在耐压壳体的外表面敷设隔声去耦瓦,在耐压壳体内表面敷设"阻尼层"(以上三种结构统称为多种声学覆盖层);由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这将严重影响潜艇的抗冲击性能。因此,针对敷设声学覆盖层的板架结构的吸能性能进行研究,找出了覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,得到敷设声学覆盖层板架结构的抗冲性能;并对声学覆盖层结构进行优化,在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议。

封闭空间内活性毁伤元战斗部爆炸载荷特性研究

为探明活性毁伤元战斗部封闭空间爆炸载荷特性,开展了活性毁伤元战斗部、惰性战斗部和裸装药的舱内爆炸对比试验,结合高速数据采集系统和三维扫描技术,分析了不同类型战斗部的舱内爆炸压力、温度、受载结构的变形响应和活性材料的能量释放特性,结果表明活性毁伤元战斗部大幅度提高了舱内的准静态压力、温度峰值和受载结构的残余变形,相较于惰性战斗部和裸装药,爆炸压力、温度和结构残余变形最大提高了79.7%、93.6%和62.1%。此外,活性材料能量释放速率、能量释放量与爆轰能量之间呈现正相关关系,其中能量释放量随着爆轰能量的增大出现收敛现象。最后基于活性毁伤元战斗部载荷特性以及金属薄板的爆炸响应规律,发现活性材料的持续释能现象导致舱内准静态压力和结构在1 ms内所受冲量大幅度增加,两者共同影响结构的残余变形。

船舶结构时变可靠性分析的一种非线性腐蚀模型

疲劳和腐蚀是削弱船舶结构强度的两大重要因素,由于这两个因素都是随时间渐变的,因此考虑这两个因素的可靠性分析称为时变可靠性分析。在时变可靠性分析中,腐蚀模型起着十分重要的作用。本文在对现有腐蚀模型进行比较的基础上,提出了适用于船体结构时变可靠性分析的一种非线性腐蚀模型。该模型可以较好地模拟钢结构在腐蚀环境下的腐蚀损伤过程,并且作为它的特例,能包容文献中提到的几种主要腐蚀模型。在此基础上,把腐蚀增长处理成随时间变化的随机变量,应用时变方程预报了一个平板单元的可靠性,并与用现有腐蚀模型预报的结果进行了比较。

救生船中央月池开口部位应力集中分析

为了配合救生船潜水系统作业的需要,在船舯部设置了中央月池。该处结构复杂,应力水平较高,月池开口的存在导致了应力集中,使开口部分结构成为船体结构中的危险区域。文章采用理论计算和规范相结合的方法预报了船体外载荷,采用结构有限元分析法与光弹性试验法相结合的方法,研究了月池开口部位的主甲板和船底板处的应力分布和应力集中系数,为优化月池结构提供了依据。