对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_(t),并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_(t)的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_(t),并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_(t)的分布规律。[结果]结果表明,K_(t)的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。

船体结构疲劳可靠性分析的直接计算方法

针对船体结构疲劳寿命预报的可靠性问题,采用三维势流理论和整船有限元分析的谱分析直接计算方法,得到各短期海况和长期海况的应力参数,给出整个寿命期总的疲劳累积损伤。考虑疲劳分析时涉及的诸多不确定性因素,得出船体结构的疲劳寿命可靠性指标及可靠度,从而给出基于直接计算的船体结构疲劳可靠性分析方法。以高性能三体船疲劳可靠性的算例分析表明,疲劳寿命可靠度随着疲劳寿命的增加而增大,在疲劳问题严重区域较小。

基于直接计算的三体船结构疲劳强度影响因素分析

[目的]针对三体船连接桥部位的疲劳强度问题,[方法]以某型三体船为例,采用三维线性势流理论计算规则波中的船体运动及外部水动压力分布,通过全船有限元分析得到不同浪向角规则波中各热点的应力传递函数,基于线性累积损伤理论,运用谱分析的直接计算法进行各热点的疲劳累积损伤计算,并探讨不同海域、浪向时间分配等影响因素对疲劳损伤的影响。[结果]结果表明,采用中、近海海况并考虑浪向时间分配时疲劳损伤较大。[结论]所得结论对三体船的研发设计具有参考意义。

基于遗传算法的碟型水下滑翔机结构优化

以结构质量和应力作为目标函数,结构变形为约束条件,设计碟型水下滑翔机结构优化流程,采用单参数和多参数敏感度分析方法完成关键结构参数的筛选。采用拉丁超立方试验设计方法完成了对设计空间的采样布点工作,利用样本点数据创建了滑翔机结构优化的Kriging代理模型,并对Kriging代理模型进行了联合训练,使模型的拟合达到非常高的可用精度。采用NSGA-2第二代非支配排序多目标遗传算法对滑翔机进行了结构优化求解,得到了优化的Pareto前沿面最优解。优化结果显示,结构质量和应力较优化前分别降低5.57%和14.91%,文中所提方法在滑翔机结构优化设计中具有可行性。

一种三体船结构疲劳分析的简化方法

三体船连接桥部位应力集中严重,疲劳强度问题突出。针对三体船结构疲劳强度问题,从工况确定、载荷计算、累计损伤推导等方面进行研究,提出一种适用于三体船结构疲劳分析的简化方法,并以某三体船为例进行算例分析。算例分析结果表明该方法具有很好的适用性。文中所得结论对三体船的研发设计具有参考意义。

基于PSO-BP神经网络的油船中部结构优化

以舱段质量为目标函数,以相关规范要求的板厚及应力为约束条件,通过灵敏度分析确定设计变量,对油船中部结构优化。构建基于粒子群优化的BP神经网络模型,并代替有限元分析确定应力与设计变量之间关系,从而对舱段进行结构优化。优化后舱段质量降低了4.2%,优化后的有限元分析结果表明满足规范要求,PSOBP神经网络模型在船舶结构优化设计中具有可行性。

基于雨流修正的船舶宽带疲劳强度分析

船舶结构的交变应力过程呈现宽带谱特点,基于窄带近似的疲劳累积损伤计算结果偏于保守。本文采用频域谱分析直接计算方法,对基于"雨流修正"的宽带高斯应力过程疲劳损伤计算方法进行研究,并通过算例分析给出不同修正方法的船体结构疲劳损伤分析结果。将不同修正方法所得结果与雨流计数方法结果进行比较分析,结果表明Wirsching-Light方法与雨流计数方法结果较为接近。

散货船典型节点的热点应力集中系数直接计算

选取散货船典型热点部位,利用有限元分析软件ANSYS,对该部位三种典型节点结构建立局部细网格有限元模型。通过载荷施加、边界条件处理、计算分析得到仿真计算结果。结果表明,节点采用软踵和软趾及背面软肘板型式,减少应力集中的效果明显;热点应力集中系数的规范值相对于插值计算较大。

箱型梁极限弯矩简化计算方法

本文采用有限元法与强度稳定综合理论(combined theory of strength and stability,CTSS)公式研究箱型梁的极限强度问题。揭示了有限元计算方法的不稳定性,结合Vasta的始屈弯矩法提出箱型梁结构的极限弯矩简化计算公式。通过两个箱型梁结构的实例计算表明,该公式的计算结果相对于试验结果的误差在10%以内,且与非线性有限元法相比有着简单、稳定的优势,可以为工程设计提供参考。

加筋板极限强度数值计算影响因素及敏感分析

船用加筋板极限强的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性,计算结果受多种因素的影响。本文针对加筋板有限元计算方法的不稳定性进行研究,通过将有限元计算结果与其他学者的研究成果进行对比,验证了本文所采用的有限元方法的可靠性,然后针对加筋板材料、边界条件、网格密度、初始缺陷等几种因素的敏感性进行了具体的研究,发现使用材料的理想应力应变关系得到的计算结果偏于危险,且误差最大可达到17%左右,网格的形状和疏密程度对结果均有影响,边界条件若不考虑横向加强构件的作用,所得计算结果不准确,初始缺陷对有限元结果影响复杂,需要根据加筋板的实际缺陷选取适合的屈曲模态。

风冰联合作用下大型单桩海上风电机组动力特性

考虑风荷载与冰荷载联合作用对大型单桩海上风电机组的影响,基于IEA 15 MW超大型单桩海上风电机组,采用一体化分析软件Openfast建立风冰联合作用下大型单桩耦合数值模型,开展超大型单桩海上风电机组在风冰联合作用下的动力响应分析。探究不同加载时长、冰激振动模型以及疲劳损伤组合方法对大型单桩海上风电机组的动力响应规律。计算结果显示:不同冰载数值计算模型塔基与泥面线载荷的计算结果差别较大,泥面线受冰荷载影响较大,同时泥面线位置较塔基位置承受更大的疲劳损伤,应重点关注。采用不同的荷载组合方向进行泥面线与塔基位置的疲劳损伤估计时,计算结果较风冰联合作用下疲劳损伤相对误差较大。因此,宜采用风冰联合加载的方法进行大型单桩海上风电机组的动力响应模拟,进而开展超大型单桩海上风电机组的疲劳损伤估计。

船首外飘砰击载荷的数值预报

本文采用显式有限元方法预报船首外飘砰击载荷。通过对比小尺度外飘模型的自由落体砰击试验值和相应的数值模拟结果,验证了该方法在预报船首外飘砰击载荷方面的可行性。针对2种不同结构形式的实船尺度的外飘剖面,预报了剖面在船体与波浪相对运动规律下的砰击载荷,研究了流动分离后的二次砰击现象,并进一步探讨了网格密度和接触刚度参数对不同剖面形式外飘砰击载荷的影响。

基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化

圆碟形水下滑翔机的耐压壳体重量大小直接影响其整体性能。为解决只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计,很难得到真正的全局最优解的问题。首先,分别采用单目标优化、多目标优化方法进行碟形水下滑翔机结构优化方案设计。然后,设计全局探索型优化算法和数值型优化算法相结合的组合优化算法,对圆碟形水下滑翔机的耐压壳体进行优化设计;并与采用单独优化算法的优化设计结果进行比较分析。结果表明:MIGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地单目标优化效果;AMGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地多目标优化效果。

深水钻井平台钻台运动下高压泥浆管线强度评估

针对深水钻井平台钻台与主船体运动不同步导致高压泥浆管线存在安全隐患的问题,提出了高压泥浆管线强度评估方法.该方法基于有限元直接计算法,根据百年一遇设计载荷确定钻台运动的幅值,建立管线有限元模型,分析钻台运动下高压泥浆管线的结构应力,进行屈服强度校核.在此基础上,基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论,建立了钻台运动下高压泥浆管线疲劳强度评估方法.最后,对"海洋石油981"深水钻井平台的高压泥浆管线进行了强度评估,并对有关管线的支座进行了优化设计.研究方法对于海洋平台高压泥浆管线的设计与强度校核具有参考价值.

小水线面双体船连接桥结构疲劳强度试验

针对小水线面双体船连接桥部位应力集中严重,疲劳强度问题突出现象.以某型小水线面双体船为例,通过全船有限元计算方法,确定了疲劳问题严重的连接桥结构部位,设计了实尺度疲劳试验模型.通过疲劳试验获得了典型载荷工况下的疲劳寿命值,采用极大似然法绘制S-N曲线.在此基础上对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,并与规范校核结果进行比较.评估结果表明,采用试验所得S-N曲线计算时所得疲劳寿命较大.试验结果对小水线面双体船的结构设计具一定的借鉴意义.

玻璃钢双体船结构强度直接计算研究

玻璃纤维增强复合材料有着质量轻、强度高的优良品质,特别适用于建造高速游艇等快速性高的小型船舶。然而关于玻璃纤维增强复合材料的船舶强度分析的研究相对较少,相关规范也不够完整。本文首先给出了采用夹层结构方法模拟玻璃纤维增强复合材料的建模方法;然后以某玻璃钢双体船为例,基于有限元的船舶强度直接计算理论,参照CCS的相关规范要求,给出了玻璃纤维增强复合材料双体船结构强度直接计算方法。计算结果表明,文中给出的玻璃纤维增强复合材料模拟方法能有效模拟该玻璃钢双体船的结构形式,且结构强度满足规范的要求,横弯工况为最易发生结构失效工况。文中所得结论对夹层结构玻璃钢船的研发设计具有参考意义。

基于参数化方法的圆碟形水下滑翔机结构轻量化设计

圆碟形水下滑翔机结构质量大小对其性能影响较大。为提高圆碟形水下滑翔机结构分析效率,在圆碟形水下滑翔机耐压壳结构分析的基础上,对圆碟形耐压壳结构进行参数化设计及优化研究。运用ANSYS参数化设计语言APDL对圆碟形耐压壳进行参数化建模与分析,采用零阶与一阶相结合的优化方法,对圆碟形水下滑翔机耐压壳结构进行轻量化设计。结果表明,参数化分析方法有效地提高了分析效率,优化后所得最优解与初始值相比,质量减轻了29.4%,圆碟形水下耐压壳轻量化效果明显。

船首外飘砰击设计载荷影响因素研究

船首外飘砰击压力设计载荷的影响因素包括船首与波浪之间的设计砰击速度和船首外飘砰击压力系数。论文结合船舶耐波性理论和概率分析方法,推导了船首外飘垂向设计砰击速度;利用落体砰击载荷试验技术,给出了船首外飘砰击压力系数的三维试验方法。以一艘实船为例,将该方法确定的垂向设计砰击速度、外飘砰击压力系数与劳氏规范值进行对比,分析二者的异同之处,为船首外飘砰击设计载荷的预报或相关规范的制定提供参考。

船桥碰撞结构损伤及船撞力影响因素分析

随着交通运输业迅速发展,船舶航线越来越密集,跨江、跨海大桥数量逐年上升,发生船桥碰撞事故概率增加。采用非线性有限元仿真方法,对6600DWT直立艏货船和方形桥墩碰撞过程进行数值模拟,研究船桥碰撞能量转换关系,分析船舶航速、船艏撞深、船舶应力应变等船舶结构动力响应随时间变化规律。选取船舶航速、船舶载况、碰撞角度、横向偏移距、桥墩截面形式5个因素,设置多组工况,分别研究各因素对船桥碰撞力及碰撞接触时间的影响。研究结果表明:船桥碰撞事故造成船舶碰撞接触区域出现明显塑性变形,其撞击力与船舶航速和载重呈正相关,而与碰撞角度和横向偏移距呈负相关,且与桥墩截面形式存在一定相关性。研究结果再现了船桥碰撞发生全过程,揭示出船桥碰撞损伤局部性以及各因素影响下的船撞力差异。

水下滑翔机的稳态运动速度分析

本文基于水下滑翔机的动力学模型,开展稳态运动仿真,并给出直线稳态运动和螺旋稳态运动中的运动速度统一描述方法。通过与已有结果的对比,验证本文仿真方法的正确性。通过改变单一控制输入参数,揭示了水下滑翔机各运动速度分量与滑块纵向位置、滑块转角和净浮力之间的变化规律。结果表明:滑翔机线速度在上浮和下潜运动中变化趋势相似,而转向速度在上浮和下潜运动中变化趋势存在明显差异;相比于下潜运动,滑翔机在上浮运动中易于获得更大的转向速度。