船体板架纵骨错位对焊接变形及应力的影响

在船体板架的焊接工序中,由于制造误差产生的纵骨错位问题对焊接过程及焊接质量产生不利影响。以典型船体板架为例,在纵骨强制对齐的基础上采用顺序耦合的热弹塑性有限元法对其焊接过程进行数值仿真分析,研究纵骨错位量对焊接变形和应力的影响规律。结果表明,随着错位量的增加,错位纵骨两侧板格焊接变形分布的不对称性逐渐增强,左右两侧板格变形差值最大可增加3.7倍,且当错位量一定时,外板厚度越小纵骨错位的影响越大。此外,纵骨强制装配产生的应力与板架焊后残余应力均随错位量的增大而增加,当错位量为10 mm时,残余拉应力与压应力分别是纵骨未错位情况下的4.4倍与4.9倍。

环肋、舱壁和纵骨加强的无限长圆柱壳在水下的声辐射特性

本文建立了有环肋、舱壁和纵骨的无限长圆柱壳在水下声辐射的一般的计算模型,利用Fourier变换和模态展开法导出了圆柱壳振动响应和辐射声压在波数域的计算公式,并由稳相法得到了远场辐射声压的解析公式,分析了纵骨、舱壁和阻尼等因素对声辐射的影响,为准确计算双层圆柱壳在水下的振动和声辐射特性奠定了基础。

基于断裂力学的散货船外底纵骨疲劳寿命评估

基于断裂力学的疲劳裂纹扩展理论,按《散货船共同结构规范》确定疲劳载荷及计算工况,通过有限元应力分析对某散货船外底纵骨与横舱壁或横框架连接节点处进行疲劳寿命分析,并探讨了裂纹形状比对疲劳寿命的影响。研究结果表明,外底纵骨上远离横舱壁或横框架一侧的软趾端处的疲劳寿命比靠近横舱壁或横框架一侧的通焊孔焊缝趾端处的疲劳寿命要短,并且疲劳寿命随着裂纹形状比的增大而增大。

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法 ,计算模型采用 Donnell壳体理论 ,考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩 ,利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式 ,采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度 ,利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明 ,如果纵骨沿圆周均匀排列 ,则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合 ,纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大简化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性 ,计算表明 :在较低的频率段 ,外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大 ;增大纵骨刚度 ,结构辐射声压也相应增大 ;纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂 ,辐射声压谱随纵骨间距变化较大 。

船体纵骨疲劳裂纹扩展及寿命分析

基于有限元软件ABAQUS,结合虚拟裂纹闭合法、裂纹扩展判据及子结构技术,应用脚本语言Python开发了模拟疲劳裂纹扩展的程序(FCG-System)。对含初始裂纹的油船纵骨节点疲劳裂纹扩展进行数值模拟,并探讨侧向压力和轴向拉力这两种载荷对疲劳裂纹扩展路径和疲劳寿命的影响。结果表明,两种加载方式下裂纹扩展路径不同,且面板断裂前的疲劳寿命在总寿命中占据很大的成分。

纵骨穿过舱壁板的开孔应力集中系数(英文)

疲劳裂纹往往发生在船舶结构的局部高应力区 ,而疲劳分析结果通常取决于任何准确确定结构的应力集中系数。本文研究为铺设纵骨而在舱壁板上开孔的应力集中 ,采用有限元方法对预先给定的结构进行应力分析 ,基于有限元计算结果给出了舱壁板典型开孔(参见ABS油船规范)

不同补板形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验研究

对嵌入式和搭接式补板形式的船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能进行试验研究。首先建立舱段结构有限元模型,确定载荷工况并计算分析两种节点形式在相同载荷作用下的应力状态。在此基础上,通过简化得到纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验模型。对两种形式的结构进行疲劳试验。试验结果表明嵌入式补板形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于搭接式,可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计提供参考。

HCSR纵骨疲劳简化算法修正

为提高HCSR纵骨疲劳简化算法的计算精度,从应力集中系数和板架变形引起的局部弯曲应力两方面对HCSR简化算法进行修正,给出应力集中系数关于支撑纵骨的挺筋、背肘板的板厚和几何形状,以及纵骨面板厚度等设计参数的函数表达式,对比分析修正后简化算法和有限元法的评估结果,验证修正方法的准确性。

水面舰船规范中甲板纵骨稳定性校核的差异研究

甲板纵骨的稳定性问题是水面舰船结构设计中的一个重要问题。《舰船通用规范》和《水面舰艇结构设计计算方法》对纵骨带板折减系数取法的差异有时会导致工程中出现不同的结果。从理论上分析了《舰船通用规范》和《水面舰艇结构设计计算方法》对纵骨屈曲分析评估方法的差异,并用数值算例结果给予说明。研究结果为:《舰船通用规范》中的稳定性校核标准较《水面舰艇结构设计计算方法》严格,对于理解和修订国军标以及保证舰船结构安全有一定的理论意义和实用价值。

不同扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳试验

采用试验形式研究矩形扶强材和削斜扶强材结构形式的某铝合金船体纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能。首先建立舱段结构的有限元模型(目标船纵骨采用6082铝合金,其他部分采用5083铝合金材料),确定载荷工况并计算分析2种扶强材结构在相应载荷水平下的应力分布状态。在此基础上,设计并开展实际板厚4点弯曲疲劳模型试验,获得试验模型在不同载荷水平下的疲劳失效循环次数,根据试验测得数据得到2种扶强结构形式的S-N曲线。试验结果表明,矩形扶强材形式的纵骨贯穿舱壁结构疲劳性能优于削斜扶强材形式,该结论可为舰船上纵骨贯穿舱壁结构处节点形式的设计以及5083、6082铝合金焊接结构形式(T型焊接和趾端焊接)的疲劳强度评估提供依据。

船体纵骨上附连挺筋软踵形状参数优化

船体纵骨上附连挺筋与纵骨面板连接处往往会因几何突变而出现应力集中现象,造成结构失效或损坏。对此,根据协调共同结构规范(HCSR)中图示推荐表和国内各大船厂的典型节点图册,选取3种工程中常用的软踵形式建立参数化模型,并利用Isight集成有限元建模软件Patran和计算软件Nastran进行形状参数优化计算,得到应力极值最小的软踵形状;同时,根据HCSR对3种最优的软踵形式进行疲劳强度校核,对比不同开孔形状下结构的疲劳寿命。计算结果表明,建议的优化流程能有效减小结构的应力峰值,提高节点疲劳寿命,得到不同船体位置处疲劳强度、屈服强度更优的软踵开孔形式及参数,有较强的工程实用价值,可应用到其他类似结构的节点设计中。

论纵骨在潜艇耐压结构中的应用

本文根据加设纵骨的潜艇耐压结构的力学特性，论述了这类结构在潜艇耐压结构中有着广泛的用途，说明了进一步深入研究这类结构，制定相应结构设计计算规范的必要性。

浮式生产储油船纵骨疲劳工程分析

在船舶设计过程中需进行结构疲劳的工程计算并作为新船设计的常规校核项目。本文简要介绍了一艘 15万吨级浮式生产储油船 (FPSO)纵骨疲劳校核和结果 ,阐述了FPSO波浪载荷预报及纵骨校核的一般过程和特点 ,以及挪威船级社NAUTICUS软件的疲劳计算方法 ,对于一般油船和散货船的疲劳计算也有较大的参考价值。

方槽型纵骨船舶抗冰结构冰撞动响应实验研究

针对船舶冰区航行受冰体撞击结构损伤问题,以一种涉冰带船肩处船体板架结构为原型,提出了一种方槽型纵骨船舶抗冰结构型式。利用落锤冲击实验测试系统,对抗冰和原型加筋板架在相同冰体撞击工况下的结构动响应进行了实验研究,采用MSC.Dytran程序对板架受冰体撞击过程开展数值模拟,并与实验结果进行对比。结果表明,相同冰体撞击工况下,抗冰板架结构产生的撞击力比原型板架略大,冰体造成的抗冰板架结构最大凹陷深度小于原型板架。从船体外板结构损伤程度及对船体内部构件、设备防护作用的角度考虑,抗冰结构较原型具有一定的抗冰效果。研究成果可为冰区航行船或破冰船的抗冰结构设计提供参考。

基于协调版共同结构规范的好望角型散货船甲板纵骨疲劳分析

协调版共同结构规范于2015年7月1日正式生效，在制定该规范过程中，散货船甲板纵骨的疲劳评估方法和评估结果受到业界重点关注。文章基于2014版规范要求和2015年发布的修改通报对大型散货船的甲板纵骨进行疲劳强度评估和分析，相关分析结论对结构设计具有指导性意义。

集装箱船纵骨端部焊趾处表面裂纹应力强度因子计算

纵骨端部是集装箱船疲劳强度校核的关键节点。采用有限元软件ANSYS模拟纵骨端部焊趾处的表面裂纹,提出了考虑裂纹深度与板厚比a/B、裂纹的形状比a/c、裂纹长度与扶强材两侧焊缝焊趾间的长度比2c/L及扶强材宽度d影响的纵骨端部焊趾处表面裂纹应力强度因子计算的基本经验公式。各种纵骨端部节点形式多样,对所有节点形式进行归类,分析各类节点形式的特点及其对应力强度因子的影响。各类节点焊趾处表面裂纹的应力强度因子可通过在基本经验公式上增加相应的修正项得到,可以为集装箱船纵骨端部的疲劳强度校核提供参考。

FPSO纵骨疲劳寿命分析

FPSO(Floating Production Storage and Offloading)长期系泊于定位海域,在服役期内没有进坞维修的可能。而在这个过程中,其船体结构承受不间断的交替变化的载荷,再加上高强度钢的广泛使用,使其疲劳破坏问题更加突出,因此其疲劳设计更为严格。本文以一大型浮式生产储油船为例,选取了典型剖面,采用简化的计算法进行纵骨的疲劳分析,给出了纵骨疲劳寿命计算的基本过程并且对船体结构中几种常见的节点连接方式的纵骨进行了疲劳寿命计算,通过分析比较,发现肘板软趾对疲劳寿命影响很大,从而找出最佳的端部节点连接形式,为工程设计提供依据。

纵骨交错布置的巨型总段对接工艺仿真与优化

纵骨交错布置的巨型总段对接工艺过程复杂、需要考虑的问题较多,若在施工现场出现工艺不可行、工装设计不合理等问题,调整工作庞大,严重影响造船周期,研究了巨型总段对接工艺仿真与优化方法。建立移位对接工艺仿真模型并进行工艺过程仿真;建立碰撞检测模型和虚拟人模型对仿真过程进行实时检测;基于船体实测数据,提出顶起量自动计算和外板对接偏差调整方法对移位对接工艺进行优化。基于上述方法开发了原型系统,并通过实例证明了本方法的有效性。

含缺陷船体纵骨节点疲劳裂纹扩展寿命评估

船舶纵骨节点往往存在焊接缺陷,焊接缺陷将引发裂纹,大大降低构件的疲劳性能。本文基于断裂力学理论,将焊接缺陷等效成半椭圆型表面裂纹,采用FRANC3D和ABAQUS联合仿真的方法,研究带初始裂纹的船舶舭部纵骨与横舱壁连接节点裂纹的扩展寿命评估方法。分析了初始裂纹位置、形状、裂纹面角度对裂纹扩展寿命的影响规律。并根据纵骨节点试验中的初始缺陷的位置,采用此联合仿真方法模拟了裂纹扩展过程。结果表明初始裂纹位置、形状对扩展寿命影响较大,随着初始裂纹向腹板靠近,寿命变短,裂纹扩展寿命随着初始裂纹形状比的增大而增大。初始裂纹角度对疲劳寿命影响不明显,随着角度增大,寿命变长。通过对试验中初始缺陷的等效简化,在裂纹稳定扩展阶段,仿真得到的裂纹扩展寿命与试验结果吻合较好。

纵骨式全实肋板耐压液舱的纵骨计算方法探讨

对潜艇纵骨式耐压液舱的纵骨计算方法进行了探讨 ,研究时从纵骨实际情况出发 ,按刚性固定在弹性基座上的弹性基础梁对纵骨进行计算 ,因而计算结果更接近于实际情况。