吸力基础贯入过程土塞隆起有限元分析

吸力基础广泛应用于大型海洋工程结构物的安装固定。本文使用有限元分析软件Abaqus,基于耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立三维大变形有限元分析模型,对吸力基础安装贯入时土塞隆起过程进行了有限元数值模拟,将有限元模拟结果与理论计算进行综合分析,得到了土塞隆起及其削弱吸力基础极限承载力的机理。

穿舱电缆密封结构力学特性研究

为防止深潜器穿舱电缆填料函发生渗漏现象,首先对填料函中填料进行受力分析,得出了填料沿轴向的轴向位移分布、填料与电缆接触面的径向位移及径向接触应力分布。然后,建立了方形填料有限元分析模型,仿真了填料压紧后的力学行为,并与理论结果进行了对比分析,结果表明:理论与仿真结果基本一致,轴向位移、接触面径向位移、径向接触应力均沿轴向呈指数形式减小;最后,提出方形与V形组合填料密封形式,并建立有限元分析模型,由组合填料与方形填料有限元分析的结果对比可知,在相同预紧力下,组合填料与海水接触处应力较方形填料大,组合填料的密封性能较好。

自然补风对舰船单开口舱室排烟的影响

为研究自然补风的补风口面积对舰船单开口舱室排烟效果的影响,在一个全尺寸的舰船单开口模拟舱室内,通过改变补风口上沿高度从而改变补风口面积,分别以舱室人眼高度处温度、烟气层高度、能见度及燃烧时间作为衡量排烟效果的标准进行了实验。实验结果表明:排烟能够显著降低舱室温度、提高舱室烟气层高度与恢复舱室能见度。当补风口面积较小时,补风速度较大,舱内烟气与新鲜空气掺混剧烈,油池燃烧速率增加,此时舱室降温效果更为明显,而烟气层稳定高度较低,能见度恢复较慢。

无温度补偿浮充工况铅酸蓄电池析气特性

设计实验装置,对潜艇蓄电池在无温度补偿的浮充工况下的析氢和析氧过程随时间、温度变化规律进行理论分析和实验研究,对析氢速率、析氧速率随温度变化的规律进行指数拟合分析。研究发现:无温度补偿(冷却或加热)条件下,新、旧潜艇铅酸蓄电池在浮充工况时,蓄电池电解液温度都将迅速上升,并在一定时间后趋于稳定值。新蓄电池温度上升比旧蓄电池快。旧蓄电池的析气速率(包括析氢和析氧)与温度的关系满足阿伦尼乌斯反应速率公式,新蓄电池析气速率与温度的关系无法满足阿伦尼乌斯反应速率公式。

排烟对狭长空间火灾烟气特性影响的模拟

移动排烟机由于其自身使用的灵活性,被广泛用于火场排烟。以能见度及温度为指标,对狭长空间火灾发生时使用移动排烟机进行排烟的效果进行了大涡模拟。分析结果表明:在不采用任何排烟措施的情况下,烟气蔓延速度快、温度高,容易出现"游走火"现象,可能造成难以预估的伤害;采取正压送风或负压排风的排烟方式对提高空间能见度及降低空间温度有显著作用;正压送风与负压排风联合使用效果不如单独使用一种排烟方式。

内压作用下复合材料修复裂纹管道的失效分析

为准确评估在内压作用下纤维复合材料修复含裂纹管道的有效性及失效压力,建立复合材料修复后裂纹管道的失效数值模型。该数值模型通过扩展有限元法模拟管道裂纹的扩展,利用cohesive单元模拟胶层的脱粘失效,复合材料的失效通过最大应力失效准则进行判定。通过静水压爆裂试验对所提失效数值模型进行验证,实验结果与数值计算结果具有较好的一致性。失效数值分析结果表明:当内压增大至一定值后,未修复管道的初始裂纹沿轴向及壁厚方向逐渐扩展,进而使得管道内壁单元扩展成真实裂纹,此时真实裂纹贯穿整个壁厚方向,即认为裂纹管道发生爆裂失效,爆裂失效压力随初始裂纹半长呈指数形式下降。复合材料修复裂纹管道的不同修复工况呈现相同的失效模式:在单调递增的内压作用下,管道内表面首先出现黏结裂纹,而后其外表面裂纹张开趋势急剧上升,使得复合材料层应力急剧上升,达到极限强度而失效。且对于不同的初始裂纹尺寸,存在对应的复合材料缠绕层数临界值。

船用压缩风管排烟效率衰减的实验研究

通过风管内气体的连续性方程和能量守恒方程,对影响风管流量的因素进行了理论分析,证明船用压缩风管单位时间流量与风机特性曲线和风管阻力曲线有关。通过实验的方法对影响压缩风管排烟效率的多个因素进行了研究,证明风管的排烟效率随风管直径的增大而增大;随风管长度的增大而减小;随风管转角角度的增大而减小;随风管高差的增大而减小,但其影响因素更多的是由于高差的产生同时产生了两个风管转角。对排烟效率与风管长度和转角角度的关系进行了多项式拟合,证明排烟效率降低速率均随风管长度和转角角度的增大而减小。

机械排烟时补风口高度对竖直单开口舱室火灾烟气特性的影响

[目的]为合理制定舰船竖直单开口舱室火灾的排烟战术,提高排烟效率,[方法]通过搭建全尺寸火灾实验平台,对竖直单开口舱室的火灾烟气特性进行研究。通过设置不同的开口高度,对负压排烟时的火源燃烧速率、舱室能见度及温度进行测量与计算。根据实验测得的火源热释放速率,使用火灾动力学模拟软件(FDS)对实验及仿真舱室温度峰值进行对比分析。[结果]结果显示,机械排烟时补风口高度应设置在总高度约1/2处,在此高度下舱室能见度及温度下降速度更为迅速。[结论]所做研究对于竖直单开口舱室火灾的机械排烟战术制定具有一定指导意义,同时也证明了在此种火灾条件下采用FDS进行模拟的可信性。

穿舱电缆填料函密封结构有限元分析

利用Abaqus软件建立穿舱电缆填料函密封结构的二维轴对称模型,对填料函中填料在安装状态下的变形及力学行为进行有限元分析,分析填料轴向预压缩量、接触面过盈量、接触面摩擦因数对填料函密封性能的影响。结果表明:预压缩量对填料轴向位移、接触面径向位移、径向接触应力的影响程度较大,三者均随着预压缩量的增大而增大;预压缩量一定,接触面过盈量对填料轴向位移影响程度较小,在指定轴向位置处,接触面径向应力随着过盈量的增长呈线性增长;摩擦因数对径向接触应力影响程度较小,随着摩擦因数的增大,径向接触应力略有增长。

基于爆裂失效的腐蚀压力管道剩余强度研究

为真实反应海洋结构物腐蚀压力管道的结构完整性及其剩余强度,文章以爆裂失效作为腐蚀压力管道的失效准则,基于扩展有限元法,提出了腐蚀压力管道爆裂失效数值分析模型,用以评估压力管道在外表面腐蚀工况下的爆裂压力。以矩形缺陷形状表征管道的腐蚀程度,对不同的腐蚀工况进行非线性数值分析,根据分析结果可知:腐蚀区域最大等效应力随内压变化的曲线可分为线弹性阶段和塑性屈服阶段,在塑性屈服阶段的终点,当腐蚀区域中心处单元达到材料失效准则时,开始起裂并沿轴向扩展,其所对应的内部压力即为爆裂压力;腐蚀管道的爆裂压力均随缺陷区域深度、轴向长度、环向长度的增长而呈指数形式下降,将爆裂压力有限元值与ASME B31G、RSTRENG 0.85标准预测值对比可知现有标准的保守性及局限性;轴向双缺陷压力管道的爆裂压力随着轴向间距的增大而呈指数形式上升,而后爆裂压力趋近于单缺陷管道的爆裂压力值;环向间距对环向双缺陷压力管道爆裂压力在60°~90°、90°~140°、140°~180°三个阶段呈现出不同的影响程度。

潜艇微氢环境中柴油燃烧动力学特性

采用理论分析和实验方法分析潜艇蓄电池在无温度补偿的浮充工况下的析氢和析氧过程,结合Arrhenius化学反应速率公式,对析氢速率、析氧速率随温度变化的规律进行指数拟合分析,发现在无温度补偿(冷却或加热)条件下,新、旧潜艇铅酸蓄电池在浮充工况时,蓄电池电解液温度都将迅速上升,并在一定时间后趋于稳定值。与旧蓄电池相比,新蓄电池温度上升速率比旧蓄电池快,析气速率与温度的关系无法满足阿累尼乌斯反应速率公式。

开口舱室内细水雾与油池火相互作用的数值模拟

基于火灾动力模拟软件(Fire Dynamics Simulation,FDS)对开口舱室内细水雾与油池火的相互作用进行数值模拟,探讨当开口无气流流入和流入气流速度为2m/s时细水雾的灭火机理。研究结果表明,细水雾的灭火过程可以分为3个阶段:火焰温度快速下降阶段、火焰温度稳定阶段和火焰温度缓慢下降阶段。当开口无气流流入时,火焰熄灭是由细水雾蒸发冷却和隔氧窒息共同作用的结果;当开口流入气流速度为2m/s时,细水雾的蒸发冷却是致使火焰熄灭的主要原因。当开口无气流流入时,较小粒径的细水雾具有较好的灭火效果;当开口有气流流入时,较大粒径的细水雾具有较好的灭火效果。

纤维复合材料修复缺陷管道的失效分析

为准确预测纤维复合材料修复缺陷管道的极限失效压力,基于管道钢材料、填充胶层和复合材料的极限失效状态,建立修复后缺陷管道的极限失效数值模型.以缺陷深度、轴向长度、环向长度以及修复层数来表征不同的修复工况,对不同的修复工况进行非线性数值分析.结果表明：对于未修复缺陷管道在单调递增内压力作用下,缺陷区域等效应力曲线可分为线弹性、塑性屈服和刚度退化三个阶段,且腐蚀程度对管道极限承压能力的影响极为显著;复合材料修复层在管道缺陷区域屈服后均能很好地抑制缺陷处的径向膨胀,起到加固修复作用,但对于同一缺陷工况,不同修复层数呈现出不同的失效模式,修复层数对复合材料修复性能具有显著影响;在相同修复层数下,修复后缺陷管道的极限承压能力随缺陷深度的增大呈较大的下降趋势,缺陷轴向长度和环向长度对复合材料修复性能的影响极为有限,但轴向和环向长度较大的缺陷管道其修复后的极限承压能力增量较大.

填料环过盈组合密封性能研究

为改善填料函密封结构中径向接触应力分布不均匀问题,建立了填料环过盈组合密封结构,以及新密封结构的理论计算模型和有限元分析模型.填料轴向应力和径向接触应力分布的理论和仿真值具有较好的一致性,验证了理论模型的正确性及适用性.将过盈组合密封结构与传统填料密封结构作对比分析可知:当径向接触应力最小值一定时,与传统填料密封结构相比,过盈组合密封结构所需的压盖应力较小,减缓了填料随时间的松弛;过盈组合密封结构径向接触应力最大值与最小值的差值较小,提高了径向应力分布的均匀程度;过盈组合密封结构减小了填料对阀杆的转动摩擦力,提高了阀杆的机动性能.由此验证了过盈组合密封结构的性能,可为实际填料密封设计提供理论基础.