基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。

计及主机振动载荷的船舶主机基座疲劳强度计算分析

船舶在恶劣海况下会受到低频波浪载荷的作用,船体主机基座结构常处于交变应力状态,同时持续性工作的主机会对主机基座产生高频主机振动载荷作用,可能会带来主机基座结构的疲劳破坏。为了探究高低频载荷耦合作用下的疲劳损伤计算,提出一种计及主机振动载荷的高低频载荷联合作用下主机基座疲劳强度计算法。首先,采用线性频域的谱分析法直接计算波浪载荷作用下的主机基座结构热点疲劳损伤;然后采用时域分析计算法和S-N曲线计算出主机振动载荷作用下的热点疲劳损伤。最后,结合双峰谱疲劳计算理论,对高低频载荷耦合作用下的应力响应谱进行计算,提出一种计及主机振动载荷的高低频载荷联合作用下主机基座疲劳强度计算法。结果显示,相比较将2种载荷作用下的疲劳损伤直接叠加计算法,考虑2种载荷耦合的计及主机振动载荷的高低频载荷联合作用下主机基座疲劳强度计算法得到的疲劳损伤结果其损伤度约增加了15%~50%。研究表明,对航行在恶劣海况下的船舶局部主机基座结构进行疲劳评估时,使用所提方法可以提高疲劳损伤计算的准确性。

内容分发网络中基于雾计算的载荷调度算法

针对基于云计算技术的内容分发网络不足以应对大规模业务响应所需的数据计算能力问题,以服务质量(quality of service,QoS)为目标,提出一种基于雾计算的载荷调度算法。算法引入权重机制评估雾节点的载荷度,引入多个指标考察个体节点的可用资源以及个体节点在全网中的载荷响应能力。以此为依据为每一个雾计算设备个性化地定制派送数据分组方案,同时能够在大规模数据转发情形下自适应更新自身的计算受理能力。测试数据表明,算法能够以较低的代价赢得良好QoS。

非均布载荷作用下矩形板失稳的计算方法研究

为了快速准确求解计算加劲箱梁腹板结构中局部矩形板的屈曲承载力,基于微分求积方法获取非均布载荷作用下矩形板的屈曲承载能力,对传统计算方法中的经验设计公式进行了修正。首先,推导了非均布载荷作用下简支矩形板无量纲屈曲控制微分方程的微分求积计算格式,经与文献解对比验证了微分求积数值解的精确性;其次,建立了包含非均布载荷系数与边长比的参数分析案例矩阵,并给出了传统计算方法解与数值解之间的相对误差值,找出相对误差较大的边长比参数区间;同时,通过离散系数分析评价了不同边长比对应屈曲失稳系数之间的离散程度,找出离散系数小时所对应的非均布载荷参数区间;最后,针对离散系数小时所对应的非均布载荷参数区间,选取边长比参数区间对应所有屈曲失稳系数中的最小值,拟合提出了非均布载荷系数与屈曲失稳系数最小值之间的修正计算方法,并将修正计算方法解、传统计算方法解与数值解进行对比分析验证。研究结果表明:提出的微分求积法数值分析模型求解精度高;以拉为主的非均布载荷系数,传统计算方法解与数值解之间相对误差区间为[-26.65%,-88.99%],不同边长比对应屈曲失稳载荷之间的离散系数区间为[0.18, 0.767]×10^(-3),拟合修正计算方法时可忽略边长比变化对屈曲失稳载荷的影响;修正计算方法解与数值解之间吻合度较好。

基于S变换双阈值法的汽车零部件载荷谱加速编辑

针对S变换编辑法加速编辑效果不佳的问题,提出了一种基于S变换双阈值编辑方法。该方法先对载荷谱进行S变换以获取最大幅值谱,在以双阈值识别并保留的幅值谱片段为依据保留对应的载荷谱片段后,再将其拼接成加速后的载荷谱,最后对比分析S变换双阈值编辑法与S变换编辑法编辑的加速谱的统计参数、功率谱密度、穿级计数和疲劳仿真结果。研究结果表明,S变换双阈值编辑法可明显压缩原始载荷时间,且其压缩效率高于S变换编辑法,转向节的疲劳损伤和寿命分析误差更小,适用于汽车零部件载荷谱加速编辑研究。

超大型塔机风载荷受桥塔干扰的影响研究

为研究超大型塔机风载荷受桥塔干扰的影响,利用CFD仿真软件对桥塔周边的风场进行了仿真计算,对比分析了超大型塔机附近风场在桥塔干扰前后的变化趋势。通过提取塔机区域的风速大小,并与标准风剖面进行对比,得到了不同风向角下桥塔对超大型塔机风载荷的干扰系数。研究结果表明,在桥梁施工过程中,塔机附着在桥塔上其风场会受到桥塔等大型建筑物的干扰,其干扰系数受桥塔建筑结构及风向角度的影响;桥塔对塔机所受风载荷的作用可以是加强或者减弱,塔机处于桥塔上游位置时,所受风载荷减弱,处于桥塔下游位置时,受峡管效应的局部区域得到加强,受遮挡的局部区域风载荷得到减弱;当风向角为135°~180°时,塔机受到的干扰最强烈,风速增大系数在1.1~1.4之间。

弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝应力计算

滑坡等地质灾害引起的弯曲载荷是导致环焊缝失效的重要因素,管道环焊缝焊接过程中的错边缺陷,容易形成局部应力集中,除设计压力外,环焊缝还能承受的弯曲载荷已成为管道完整性管理中的重点和难点。基于有限元分析数据提出了一种针对弯曲载荷作用下含错边缺陷环焊缝的应力计算方法。首先,给出了管道承受均匀内压和弯曲载荷的近似解析计算公式;然后,针对无错边和含错边缺陷的环焊缝开展有限元计算,采用子模型方法兼顾了大跨度模型的计算效率和环焊缝的计算精度;最后,基于有限元分析数据对经典解析公式进行修正,得到管道环焊缝单点应力的计算公式。经验证,该方法与有限元结果相差1%以内,可适用于弯曲载荷作用下的环焊缝应力计算,是一种可用于工程强度快速评估的精确分析方法。

重复载荷下软土承压模型的计算方法研究

对重复法向载荷下的软土承压模型进行数学建模及程序实现,求解重复加载下软土的压力沉陷关系。以沉陷量、接触面积及加载次数为自变量,土壤变形力为因变量,推导任意位置土壤变形力的微积分方程。沿沉陷方向将土壤分段离散,施加对应分段的分段承载系数,并在卸载-加载期间,给出对应的稳定点计算公式和土壤反弹线刚度,编制松软土壤的载荷沉陷程序。将土壤刚度值代入微积分方程,利用C/C++语言对Adams进行二次开发,获得载荷沉陷曲线。在软土地形上,利用直径为6,8,10 cm的3种平板,实施压板贯入试验获得对应的压力-沉陷曲线,模型的仿真与试验结果误差不超过10%。

波浪载荷直接计算的开体泥驳甲板铰链载荷设计方法

开体泥驳甲板铰链构件尺寸由直接计算确定,常规的开体泥驳甲板铰链设计中,存在载荷取值主观性大、海况影响考虑不准确、应力衡准困难等问题,采用基于波浪载荷直接计算的开体泥驳甲板铰链设计方法可以较好地解决上述问题。使用该方法对1艘1800 m^(3)沿海自航开体泥驳的甲板铰链进行计算分析,根据计算结果进行甲板铰链疲劳寿命估算。结果表明,甲板铰链的高应力区出现在眼板与轴承支座的过渡处和铰链眼板自由边的中间部分,斜浪状态下波浪载荷对甲板铰链的影响最大,在开体泥驳甲板铰链的结构设计中应重视这类问题。

一种机身壁板复合加载试验的载荷计算方案

机身壁板的受力状态十分复杂,而试验平台只能施加拉伸/压缩载荷、剪切载荷、气密载荷等基准载荷及其组合形式。本文介绍了一种机身壁板复合加载试验的载荷计算方案,首先计算出各基准载荷的施加比例,按照该比例将各基准载荷组合起来,然后进行组合载荷作用下的有限元分析,并与原始有限元分析结果进行对比,最终得到长桁的轴力基本一致,且各应变分量的误差都在5%以内,表明该载荷计算方案可以用来确定机身壁板复合加载试验的载荷。

横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明:横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.

应用精细积分的船舶碰撞载荷数值计算方法

碰撞是影响船舶安全航行的主要因素之一,为此研究应用精细积分的船舶碰撞载荷数值计算方法。依据船舶基本参数,建立碰撞运动方程;通过精细积分求解运动方程,得到碰撞载荷向量,完成碰撞载荷数值计算。试验证明:被撞船舶速度越快,碰撞载荷数值越大,船舶外壳破裂速度也越快;不同被撞船舶质量,碰撞前期碰撞载荷数值基本一致,碰撞后期碰撞载荷数值差距逐渐变大,被撞船舶质量越大,碰撞载荷数值越大;适当增加防护装置的泡沫铝厚度与橡胶厚度,可提升船舶碰撞载荷数值,加强船舶的防撞性能。

国内外标准中立式圆筒形储罐罐壁开口许用外载荷计算讨论

对立式圆筒形储罐的罐壁开口许用外载荷计算,主要涉及到API 650—2018“Welded Tanks for Oil Storage”和GB 50341—2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》这2个标准。从适用范围、计算方法、制造商和采购方工作范围、计算算例、有限元方法说明、补强类型以及相关数值来源等方面对2个标准的条文异同进行对比分析,可为标准的准确使用提供帮助。

基于耐久性试验载荷谱的重卡轮毂轴承寿命计算

轮毂指的是重型卡车传导和承重的主要安全部件,正在朝着低成本、高性能、高可靠性和集成化的方向发展。对于轴承所规定性能要求最终确认取决于台架试验结果,基于此,该文基于某公司生产的重卡轮毂轴承,分析实际工况设计耐久性试验。针对载荷谱针对耐久性实验,载荷谱能够全面估算重卡轮毂寿命,对轴承对影响轴承寿命的因素进行分析,并且对重卡轮毂轴承开展耐久性实验。实验结果表明:重卡轮毂轴承能够的寿命能够满足质保需求,并且轴承质量合格,能够使耐久性实验性能要求得到满足。

涡桨飞机襟翼载荷计算研究

襟翼是机翼上用来改善气流和增加升力的可操纵装置,是飞机需要校核的重要部件之一。本文对某涡轮螺旋桨飞机的襟翼载荷进行计算,以风洞数据为基础,采用等效盘模型考虑螺旋桨滑流影响工程算法计算襟翼载荷,与以计算流体力学(CFD)考虑滑流喷流影响计算为基础所计算襟翼载荷进行比较。通过对比分析,得出采用工程算法可以有效且快速的反映襟翼载荷情况,在基本满足工程应用需求的前提下更加高效便捷。

单主机吊装动载荷分析与计算

分析单主机吊车在吊装过程中,吊车回转、吊钩起落速度的变化、高空吊装中工件承受的风载荷的变化,以及在滑移法吊装过程中松开辅吊车吊钩后,这些过程中动载荷的产生及其相关因素,推导出各种情况下动载荷的计算公式,并对控制动载荷进行探讨。

新型复式抗风浪养殖网箱的设计及其在海洋环境下的受力计算

深海抗风浪网箱养殖区别于传统近海网箱、围栏等养殖方式,适合发展高经济价值的鱼类养殖,现已成为沿海渔民转产转业的重要方向。为缓解近岸养殖压力、拓宽深海水域养殖,基于中国海域养殖条件,设计了一种可以应对恶劣海况条件的新型复式抗风浪深海养殖网箱。该网箱放弃了传统的浮架和浮圈结构,采用双浮筒可调节结构,以适应不同海域海浪状况,减少因刚性连接而发生的中拱和中垂现象;此外,浮筒与立体浮框连接而成的垂荡体可以提供较大的垂荡以及纵向摇摆阻尼,控制网箱的运动幅度。同时采用莫里森公式和伯努利方程对网箱承受的风、浪、流等环境载荷进行受力计算,并与传统高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)网箱进行对比,结果显示新型复式抗风浪网箱比传统HDPE网箱更能承受海洋中的环境负载。研究结果为后续研究和发展大型抗风浪网箱养殖提供了设计参考。

考虑惯性力的螺栓临界松动载荷影响因素分析与试验

为准确探究横向振动工况下螺栓连接的松动特性,综合考虑了局部滑移与扭矩滑移的影响,建立了考虑惯性力的螺栓连接模型,对螺纹周向不同位置进行受力分析,得到了计算螺栓临界松动载荷的理论计算方法,并利用横向振动试验进行了验证,结果表明该理论计算方法具有更高的准确性。定量计算了不同预紧力、螺纹面摩擦因数、振动次数、螺距、振动频率、螺纹升角等参数下的螺栓临界松动载荷,揭示了螺栓松动的主要影响因素。当增大预紧力、螺纹面摩擦因数,降低振动次数、螺距、振动频率和螺纹升角时,螺栓临界松动载荷随之增大,有利于提高螺栓连接抵抗自松弛的防松能力。研究结果对螺栓连接防松设计具有指导意义。

铰接轮式装载机倾翻载荷的计算方法研究

倾翻载荷是轮式装载机的一项重要参数指标,面对轮式装载机产品订单的多样性,如何在产品总体设计时准确的计算倾翻载荷,是产品设计师关心的重要问题。本文基于轮式装载机对直和全转向两种工作状态,构建力学模型,推导出对直倾翻载荷和全转向倾翻载荷计算公式,分析了轮式装载机零部件等效重量和等效质心的估算方法,确立了轮式装载机倾翻载荷的计算方法,并提出了不同臂以及不同斗的倾翻载荷计算方法。结果表明,此种倾翻载荷的计算方法是可行的,可以为后续设计者提供设计参考。

固体料仓仓壳圆筒物料载荷修正系数的确定

散粒体物料的受力平衡是一个非常复杂的问题,目前还没有任何一种理论方法能够完全包括所有的影响因素。文章在NB/T 47003.2—2009的基础上,通过大量的工程计算,给出仓壳圆筒的动载荷修正系数,充分考虑装卸料过程、物料垮塌等工况的影响,可提高设计安全性。