面向多厂建造的船舶结构柔性设计研究

提升船舶研制效率是每一个船舶企业密切关注的问题之一,“一家设计所设计、多家造船厂建造”(即“一所多厂”)模式能够显著提升船舶交付速度。为更好地解决“一所多厂”模式下不同船厂之间存在的差异,本文介绍了面向建造的设计原则,提出了面向多厂建造的船体结构柔性设计方法,并以船体结构分段划分的柔性设计为例,对面向多厂建造的船体结构柔性设计进行了详细阐述,为“一所多厂”模式下船舶结构设计提供一种思路。

老龄半潜式钻井平台节点疲劳裂纹扩展寿命预报

通过结合常规谱疲劳分析方法和裂纹扩展分析方法,给出了一种工程实用的评价老龄平台节点裂纹扩展寿命的方法,并以某一平台为例进行了验证计算。首先,基于谱疲劳分析得到各个节点在过去30年的节点疲劳损伤,然后,对损伤接近或大于1.0的节点进行基于单一曲线模型的裂纹扩展分析,以求得该节点在目前状态下裂纹扩展寿命。结果表明,目标平台计算疲劳热点满足继续使用的要求。此外,针对不同初始裂纹尺寸时的裂纹扩展寿命计算结果表明初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展寿命影响很大。

海洋结构物疲劳裂纹扩展寿命的一种工程预报方法(英文)

海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文章从裂纹扩展法则、应力强度因子求解、疲劳载荷谱模拟上对裂纹扩展理论的工程应用进行研究,试图找出准确、合理且相对简单的方法。结合裂纹扩展的单一曲线模型、基于有限元子模型技术的应力强度因子求法以及基于谱分析的疲劳载荷谱产生方法,对某半潜式钻井平台典型焊接节点进行基于裂纹扩展疲劳寿命预报,并讨论了初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。结果表明,该半潜平台焊接结构符合设计寿命的要求,初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响很大,可为海洋结构物基于裂纹扩展的疲劳寿命预报提供参考。

舷侧不连续双层板架结构稳定性试验及改进设计

本文设计了舷侧不连续的双层板架结构模型,开展了该结构轴向受压稳定性试验,并采用非线性有限元软件Abaqus对其屈曲失效过程进行了数值仿真计算,分析了结构屈曲失效的诱因及过程。在此基础上,为提高该结构轴向受压稳定性,本文设计了4组改进设计方案,并使用经试验验证的有限元建模计算方法对这4种方案进行分析,选出最佳方案。本文的改进设计方法为此类结构的稳定性设计提供了参考依据。

波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算

提出一种考虑波浪外载荷影响的应力强度因子计算方法,并通过与权威经验公式进行对比以验证其有效性;在不同的浪向、频率下对某半潜平台立柱与撑杆连接处肘板焊趾表面裂纹应力强度因子幅值进行计算.结果表明:由经验公式所得应力强度因子幅值与实际波浪载荷作用下的结果差别很大;可根据部分计算结果预测不同波浪载荷作用下不同尺寸裂纹的应力强度因子幅值.

船舶甲板结构稳定性试验及改进设计

为研究具有大开口甲板板架结构的稳定性问题,本文设计了含大开口结构的甲板板架模型,开展了其轴向受压稳定性实验,并采用非线性有限元软件Abaqus对该模型的屈曲破坏过程进行数值仿真计算,试验结果与数值仿真结果吻合较好。在此基础上,根据甲板结构屈曲失效的诱因,设计5种改进设计方案,并使用经试验验证的有限元仿真计算方法对各种改进方案进行分析,选出最佳方案。本文工作为船舶甲板结构稳定性设计提供了一定的参考依据。

基于神经网络和粒子群算法的环肋圆柱壳优化设计

对于潜艇外壳等外压容器来说,满足稳定性要求至关重要。本文利用Matlab编写改进粒子群算法优化程序,利用Ansys的Apdl语言完成了环肋圆柱壳的参数化建模,以圆柱壳厚度、肋骨尺寸和肋距作为离散设计变量,以稳定性要求作为约束条件,构造了合适的惩罚函数,以质量最轻作为设计目标,实现了基于BP神经网络和粒子群算法的环肋圆柱壳优化设计。在优化过程中,首先采用拉丁超立方体抽样完成了样本点的选取,然后对样本点进行有限元分析,根据有限元分析结果构建BP神经网络代理模型,并探讨了样本点数量对代理模型预测精度的影响,最后采用改进粒子群算法对代理模型进行优化。优化结果表明,对于需要考虑离散变量和复杂非线性约束的结构优化问题,采用BP神经网络和粒子群算法联合优化的方法能够节省大量计算时间,并达到理想的优化效果。

船舶含裂纹焊接结构剩余疲劳寿命可靠性预报

船舶服役期间工程技术人员需要对已检测到裂纹的构件进行剩余疲劳寿命可靠性评估,以便做出维修决策。鉴于基于S-N曲线和累计损伤理论的常规疲劳寿命预报方法对于损伤难以明确定义,本文基于裂纹扩展理论对船舶疲劳热点剩余疲劳寿命可靠性预报方法进行研究。在考虑应力比和应力强度因子幅门槛值的情况下,研究求解裂纹扩展预报的快速数值计算方法。通过与蒙特卡洛模拟相结合,预报可靠性指标随时间的变化曲线、一定存活率下的剩余疲劳寿命等。以油船上某疲劳热点为研究对象,进行剩余疲劳寿命可靠性预报,为工程应用提供参考。

上层建筑一体化船型有效度与应力预报

[目的]给出一种快速准确地估算含上层建筑船型总纵弯曲应力的方法。[方法]在前人研究的基础上,以某典型一体化上层建筑船型为对象,采用有限元数值仿真计算方法,对多种不同上层建筑的船舶进行有限元建模计算,结合3种定义方法计算上层建筑有效度,与采用常用的上层建筑有效度简化计算公式(英国劳氏规范经验公式、俄罗斯公式1、俄罗斯公式2)的结果进行对比。[结果]结果表明,这些简化计算公式在上层建筑中部区域附近的有效度预报值差别不大,与有限元值较为接近,但在远离中部区域时误差较大。而对不同长度、高度、厚度的有效度计算结果的对比表明,俄罗斯公式1计算得到的有效度与第3种定义方法的结果吻合度高,其与该定义方法结合后预报的应力值与有限元计算结果误差小。[结论]所提方法可作为一体化上层建筑船型船体梁弯曲应力的预报方法之一。

基于改进裂纹扩展模型的船舶焊接结构疲劳寿命可靠性预报

结合考虑应力比的改进Paris公式,推导焊接结构疲劳极限状态方程.采用数值积分方法求解疲劳裂纹扩展寿命,结合Monte Carlo模拟方法给出了船舶结构疲劳寿命可靠性预报的流程,并对某大型集装箱船甲板进行了疲劳寿命可靠性预报,讨论了各参数对预报结果的影响.结果显示,采用数值积分方法的计算结果与cycle-by-cycle方法的计算结果差别较小,而计算速度相比于cycle-by-cycle方法有显著提高.此外,改进Paris公式的应用可以减小预报结果的变异系数,初始裂纹尺寸对疲劳寿命及可靠性影响显著,最终裂纹尺寸则影响不大.文中所述数值积分方法和可靠性预报流程可为工程结构快速进行疲劳裂纹扩展寿命计算或疲劳寿命可靠性预报提供参考.

嵌入式带缆桩甲板加强结构设计

采用有限元数值计算方法对嵌入式带缆桩典型甲板加强结构尺寸进行计算分析,对比不同连接型式、不同过渡距离等设计方案,计算结果表明,带缆桩加强T型材的腹板高度、面板规格对结构强度影响显著,甲板厚度、带缆桩壁厚等对结构强度影响较小;T型材与带缆桩牢固连接方案较优。

球柱结合壳焊趾表面裂纹坐标变换有限元建模方法及应力强度因子计算

深潜器的上浮和下沉会使得耐压壳体舱口球柱连接位置存在随时间变化的交变应力,这有可能引起疲劳破坏,运用裂纹扩展理论进行疲劳预报时需要解决舱口球柱连接位置的应力强度因子计算问题。推荐一种坐标变换建模法,能够解决球柱结合壳焊趾表面裂纹有限元建模的问题;通过圆管、T型相贯管节点表面裂纹的计算,验证所推荐方法的精度;以4 500 m级载人深潜器为研究对象,计算一定潜深时耐压壳舱口焊趾表面裂纹的应力强度因子。所推荐的方法同样适用于圆柱体、圆锥体、球体或其组合体型式的耐压结构典型节点三维裂纹应力强度因子计算。

弯扭组合载荷下圆轴表面裂纹应力强度因子计算

传动轴往往承受弯扭组合载荷的作用,准确计算弯扭组合载荷下轴上半椭圆表面裂纹的应力强度因子对于传动轴的疲劳寿命预报来说十分重要。本文讨论了扭转载荷下裂纹前缘各点的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子计算和网格质量之间的关系,对扭转载荷下Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子沿裂缝前缘的分布情况进行研究;并对弯扭组合载荷下轴上半椭圆表面裂纹的应力强度因子进行分析。结果显示在扭转载荷下裂纹最深点仅有Ⅲ型应力强度因子存在,沿裂纹前缘其他各点不仅存在Ⅲ型应力强度因子,还存在着不可忽视的Ⅱ型应力强度因子。弯扭组合载荷下的裂纹是Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹,且弯扭组合载荷下的表面裂纹各型应力强度因子可以视作分别施加弯曲和扭转载荷下同型应力强度因子的叠加。所得结论可为传动轴类构件疲劳寿命预报提供参考。

含大开口的槽道型铝合金船结构强度直接计算

槽道型船具有良好的快速性、耐波性和稳性,而采用铝合金建造的船舶具有结构重量轻、耐腐蚀等优点,因此槽道型铝合金船备受关注。本文以某含大开口的槽道型铝合金船为研究对象,通过水动力分析构造等效设计波,采用结构强度直接计算法对结构的总纵强度、总横强度、纵向扭转强度、横向扭转强度进行校核。结果显示,该船的总强度满足规范的要求,但由于主甲板开口群的存在,使得开口角隅处的应力接近许用应力值,需要重点关注。此外,该船总横弯矩下的应力较大,而扭矩引起的应力较小,表明槽道型船与常规的单体船、双体船存在一定差别。

大开口双层板架模型屈曲失效简化方法研究

本文开展了含大开口结构的双层板架模型轴向受压稳定性实验,采用非线性有限元软件ABAQUS,建立了甲板大开口双层板架模型,开展了该模型在轴向压缩载荷作用下的屈曲失效过程的数值计算分析,数值计算结果和试验吻合较好。在此基础上,根据甲板结构屈曲失效诱因,将双层板架模型简化为单层板架局部模型,并分析了简化模型在轴向载荷作用下的屈曲破坏路径与极限承载能力。结果表明,简化后的加筋板模型能有效模拟双层板架模型的失效模式,为大开口甲板板架稳定性分析提供了新思路。

高强聚乙烯层合板抗破片模拟弹侵彻性能数值分析

[目的]旨在探究破片侵彻作用下高强聚乙烯(UHMWPE)纤维增强层合板的毁伤响应过程、失效模式转变和能量吸收特性。[方法]采用有限元软件ANSYS/AUTODYN,建立UHMWPE层合板抗破片侵彻数值模型,分析UHMWPE层合板的失效模式转变和能量吸收特性。[结果]破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程大致可以分为剪切冲塞阶段和拉伸变形阶段。破片入射速度和靶板厚度会直接影响靶板的能量吸收特性。靶板厚度越大,剪切冲塞模式占比越大。在靶板厚度不变的情况下,随着破片侵彻速度的提高,剪切冲塞模式占比越来越大,最终趋于稳定。在破片弹道极限速度以上初始小范围内,靶板吸能随破片入射速度增大有所减小,随后破片速度继续增加会扩大靶板剪切冲塞破坏范围,导致靶板整体吸能量增加。[结论]基于所建立的数值模型能够较好地模拟破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程,可以为UHMWPE材料在弹道防护领域的应用提供参考。