深远海多功能原油转驳船全船有限元分析

为实现深远海石油的安全高效运输,开发了具有全新船型的深远海多功能原油转驳船(Cargo Transfer Vessel,CTV)。根据原油转驳船工作海域的环境特点,使用有限元计算软件包Sesam,建立了有限元分析结构模型,采用了等效设计波方法对该类型船只进行频域水动力分析,并对主要负载进行长期预测,然后将波浪载荷施加于结构模型中进行强度校核。通过校核不同工况下原油转驳船的屈服强度、屈曲强度,并基于谱疲劳分析与子模型技术对易于产生疲劳破坏的节点进行疲劳分析,优化了船体设计结构。计算分析结果表明:原油转驳船的设计强度与疲劳寿命均满足DNV的规范要求,载荷下船体结构应力均低于320 MPa,具有足够的承载能力。通过添加水密补板,优化后的舷侧肋位处纵骨过梁孔有效提高了疲劳寿命,对后续系列船的设计与校核具有一定参考价值。

基于ABAQUS软件的舰船水下爆炸研究

通过数值手段研究水下爆炸气泡脉动载荷作用下的舰船船体总强度.文中应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法模拟分析了舰船受水下爆炸气泡脉动载荷作用的总体响应;通过大量的数值模拟计算,分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、给定深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响,得出了一些有规律性的曲线;并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总纵强度.计算结果表明:校核船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计入波浪载荷的影响,对相关理论研究和工程计算有一定参考价值.

水下爆炸的高速摄影测试技术研究

将高速摄影技术应用于室内水下爆炸实验研究,对爆炸容器、模型安装方法及光学测量系统进行了实验设计。通过水下爆炸实验,利用高速摄影仪观测了自由场及结构近场下气泡脉动的整个过程,获得了气泡脉动周期和最大半径,将实验数据与理论经验公式进行比较后发现,结果基本吻合。最后,对高速摄影测试技术提出改进措施。

箱形梁在水下近距非接触爆炸作用下的整体毁伤研究

为了研究舰船在水下近场爆炸作用下的整体毁伤模式,根据相似原则设计了两种箱形梁模型,将TNT炸药置于模型中部正下方爆炸,通过改变爆距和药量来研究试验模型在不同爆炸工况下的整体运动特性,并利用高速摄影仪观察模型的动态响应过程.试验研究发现:在梁模型一阶湿频率与气泡脉动频率相近的条件下,气泡脉动会激起结构明显的整体弯曲运动;当爆距与最大气泡半径之比为1～1.5时,梁结构会发生中垂破坏,形成一个或两个塑性绞;当爆距与最大气泡半径之比为2～4时,梁结构会发生鞭状运动响应;水下爆炸气泡对水面结构的整体毁伤作用大于初始冲击波。

圆柱壳在水下爆炸作用下鞭状响应试验研究

针对药包在模型中部位置情况,研究了不同潜深,不同爆距和不同方位角下圆柱壳模型鞭状响应的发展过程和变化规律.利用大型室内爆炸筒,将高速摄影技术和应变测量相结合定量捕捉爆炸气泡和模型的相互作用过程,发现模型的响应可分解为主要受气泡滞后流支配的刚体运动和以湿模态一阶垂向振动为主的弹性振动两部分.当气泡脉动频率与模型振动频率接近时,气泡脉动压力和滞后流与模型冲击振动产生的正叠加效应,使模型产生鞭状响应,最大应变响应值为冲击波作用响应峰值的2~4倍,且受爆距、方位角和潜深影响.

近场脉动气泡作用下船体梁模型动响应试验研究

水中兵器在舰船附近爆炸时,爆炸气泡对船体结构的整体毁伤作用不能忽视.将炸药置于船体梁模型中部正下方爆炸,通过改变爆距来研究船体模型在近场脉动气泡作用下的动态响应特性.利用高速摄影技术观察模型在气泡作用下的运动过程,结合应变和加速度测量数据,定量分析了模型的总体振动响应.试验发现:近场作用下,气泡脉动压力对结构的冲击作用明显;在大气压和气泡内压力作用下,试验模型受到向下的分布载荷,被叠加一中垂弯矩,爆距越小,此中垂弯矩越大.

近距水下爆炸作用下箱形梁模型中垂破坏试验研究

利用大型室内爆炸筒对两个水面箱形梁模型进行近距水下爆炸试验,用高速摄影记录模型在气泡作用下的运动变形及中垂破坏过程。试验发现,气泡收缩时,近距船底边界阻碍流体运动并在气泡上方产生空化区域,增加了气泡负压的作用强度和作用时间,是模型发生中垂破坏的主要原因。同时,当模型垂向振动频率与气泡脉动频率接近时,冲击波引起的模型垂向振动与气泡负压作用叠加,增加了模型发生中垂破坏的可能。试验研究了爆距的改变对气泡负压作用以及冲击垂向振动幅值的影响。试验结果表明,只有当爆距小于2倍气泡最大半径时,近距边界效应不可忽略。

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。

潜艇结构水下爆炸动态响应仿真研究

为了研究潜艇结构在水下爆炸作用下冲击响应的规律,以某潜艇为例,用冲击因子设置30个工况,利用ABAQUS软件对潜艇结构进行数值计算.运用冲击谱方法处理结构上各部分的冲击加速度时历数据,得到各部分整体的平均谱速度响应随爆距变化曲线和随冲击因子的变化曲线.对结果的分析表明:运用冲击因子来描述潜艇冲击环境具有一定的可行性,各部分结构整体响应在等冲击因子下,改变爆距并没有明显变化;在等爆距情况下,结构冲击响应随冲击因子呈线性上升趋势变化.

船体梁在近距爆炸冲击波作用下动态响应的相似律研究

以船体梁在爆炸冲击波作用下发生整体塑性运动响应的理论方法为基础,首先确定了影响梁整体结构最终塑性变形的相关物理量,利用定律对该问题进行相似性分析,给出相似参数和准确相似条件。研究了考虑结构应变率强化效应造成的相似畸变问题,分析了模型缩比尺度、模型应变率大小以及不同结构材料对相似误差的影响。研究发现:随着缩比尺度的减小,或结构应变率响应值的增大,预报误差将增大;所用结构材料的应变率敏感度越高,模型预报原型的误差越大。结论可用于指导船体梁在水下爆炸冲击波作用下动态响应的模型试验设计。

无升力双体水动力干扰计算

根据势流理论给出任意运动的2个水下无升力物体间流体动力干扰的二维和三维计算模型.从壁面附近圆柱干扰力计算结果出发,指出水下物体相互接近过程中,理论上存在某种干扰最小的路径.采用3种不同的网格划分比例计算回转椭球体附加质量,单元数确定时,加密纵向网格则与纵向运动有关的计算精度提高,横向的精度降低,因此网格划分应合理分配纵横比例.对三维Rankine体进行了壁面干扰规律的模型试验和计算研究,间距较大时物体受到壁面的吸力,随间距的减小,该吸力先逐渐增加后减小,最后变为排斥力,分布源计算值与试验值的比较表明:分布源法可有效预测壁面间距较大情况下的流动干扰力,随着Reynolds数的增加,分布源法有效性的壁面间距下限增大.论文中的数值模型也适用于多个无升力物体作6自由度运动的情况.

细菌粘膜对船体表面污损生物附着的影响

细菌粘膜是一个复杂而又可以控制的生态系，它对海中设施有影响，也和大型污损生物的附着有关。本文研究了防污漆表面细菌粘膜的组成，并利用筛选得到的菌株制成人工细菌粘膜验证其对污损生物的附着影响作用，实验结果得到具有抑制作用和促进作用的菌体。

船舶工程领域内水下爆炸气泡的相关研究

近年来的研究表明,水下爆炸气泡载荷能够造成结构物的严重损伤,气泡与自由表面、结构目标等的相互作用问题成为研究的热点,也是难点.根据水下爆炸气泡研究领域的已有成果,从试验研究、理论研究和数值仿真研究等方面对其研究现状进行了介绍,并提出了一些建议和展望.

水下爆炸载荷作用下舰船结构响应研究综述

在海战中,水下爆炸载荷是舰船结构的主要威胁之一。舰船结构响应非常复杂,可以分为整体响应和局部响应两大类,分别从这两个方面总结了水下爆炸载荷作用下舰船结构响应研究的国内外研究进展情况。根据不同的研究方法,从理论、试验和仿真三个角度对收集的文献进行了详细的分析与总结,并在此基础上提出了现有工作中的不足,对该领域有待解决的问题和发展趋势进行了展望,可为其他研究者提供参考。

近自由面水下爆炸气泡现象的数值仿真研究

为了解近自由面水下爆炸气泡的动态特性,利用大型商业有限元软件MSC. Dytran,对3种典型工况下的气泡现象进行了数值仿真。仿真结果显示,气泡射流方向与基本理论预测结果基本一致,仿真气泡半径与理论计算吻合较好。由此得出结论,可以利用MSC. Dytran来模拟水下爆炸气泡现象,并对气泡射流现象进行研究。

水下爆炸气泡与波浪载荷联合作用下的船体响应

应用国际上通用的有限元程序ABAQUS中的声固耦合算法模拟分析了舰船受爆炸载荷作用的整个过程,包括冲击波载荷作用和气泡脉动引起的脉动载荷作用.通过大量的数值模拟计算,分析和总结了药包在舰船附近以不同位置、不同深度、不同装药量爆炸时气泡脉动载荷对船体总纵强度的影响,得出了一些有规律性的曲线,并校核了典型工况下气泡脉动载荷以及气泡脉动载荷和波浪载荷联合作用下船体的总纵强度.计算结果表明:校核船体在气泡脉动载荷作用下的总纵强度的同时必须计入波浪载荷的影响,该结果对相关理论研究和工程计算具有一定参考价值.

接触爆炸下舰船强力甲板塑性动态响应特性研究

基于舰船强力甲板结构和接触爆炸工况设计,采用非线性有限元计算方法对在不同炸药量下、不同尺寸的纵桁和强横梁的强力甲板进行接触爆炸数值模拟。分析球形炸药接触爆炸下空气冲击波的压力分布以及对甲板的冲击过程,结果显示强力甲板结构在接触爆炸下呈现出3种破坏模式,并通过定义构件相对强度因子,提出了破坏模式的判别条件,初步揭示舰船强力甲板在接触爆炸下的塑性动态响应特性。

水下非接触爆炸作用下浮动冲击平台运动响应试验研究

对于浮动冲击平台在水下非接触爆炸作用下的冲击响应进行了测量、分析.采用NI公司的采集机及PCB传感器对平台结构的冲击响应(速度、加速度、位移、自由场压力、应力)进行测试,得到不同爆距、平台结构的数值,分析了药量、爆距、平台结构(等爆炸因子)对冲击响应的影响,结果表明:爆距对冲击响应的影响呈非线性变化,结构对冲击响应值影响很大.

基于表面能协同调控的材料表面防污性能设计

船体表面所附着生物的种类、数量及其分布与船舶属性、航行状态、海洋环境等诸多因素密切相关。综合分析低表面能生物有机金属防污技术和表面微结构仿生防污技术,提出基于表面能协同调控的材料表面防污新方法,将生物有机金属材料和沟槽表面微结构两种调控材料表面能的方法相结合,通过在沟槽纹理表面定向设计生物肽,使肽与金属沟槽表面进行反应,实现对材料表面能的调控,获得具有低表面能的新型生物有机金属材料,用于材料表面以防止生物污损,为船舶的绿色防污领域提供一种全新的方法和新的尝试。

球面冲击波作用下船体梁运动响应特性

将船舶结构简化为刚塑性等截面船体梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,提出了一种计算船体梁在近场爆炸冲击波作用下发生整体运动响应的理论方法。根据冲击强度的不同,将整体运动划分为刚体运动和塑性运动,分别建立了相应的运动理论模型,并进一步分析了两种运动形式的一般特性。结果表明:船体梁发生刚体运动时,结构的整体运动速度和位移随着时间的增加而非线性增大,但运动幅值较小;船体梁进入塑性运动后,其运动过程可看作是正向刚体上升过程中叠加了一个反向塑性变形过程,且梁中部以反向变形损伤为主。