深水立管法兰接头的有限元分析

针对深水立管法兰式接头,提出一种确定螺栓预紧力的方法,并采用有限元法对其进行了强度分析。考虑到接头的几何不对称性,采用三维整体建模,通过ANSYS软件的预紧单元模拟螺栓的预紧行为,使用接触单元模拟各部件之间的相互作用。按照API规范对接头的等效膜应力、等效弯曲应力与许用应力进行校核。在接头整体分析的基础上,建立螺纹的二维轴对称模型,进行局部应力分析。计算中使用参数建模法,法兰接头、螺纹的几何尺寸、材料性质和载荷等均可方便地更改。     

基于精细网格的C型LNG船多体液货罐Y型接头强度校核

本文针对C型独立液货罐多体罐之间Y型接头屈服强度校核的问题，依据中国船级社《散装运输液化气体船舶构造与设备规范》，在MSC.patran的基础上结合二次开发语言PCL，开发了精细网格自动细化工具，实现Y型接头处2D和3D的网格细化，并设计了一套载荷计算和自动施加、应力线性化及屈服校核软件。通过算例测试证明了开发系统自动计算结果的有效性和准确性，可以为工程设计人员大大节约工作量，大幅提高工作效率。     

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。     

大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估

随着C型独立液货罐的新技术发展,目前在工业界推出了采用双体罐和三体罐构造形式的新颖大型C型独立液货罐。由于双体罐和三体罐构造的要求,在相邻罐体连接处设有Y型接头。该Y型接头位置处由于结构件交汇,构造复杂、应力集中,在船舶运动、蒸汽压力变化,以及温度变化的动载作用下有可能发生疲劳损伤。本文对新颖大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估方法的规范技术要求及制定开展了深入详尽的研究，包括对C型独立液货罐疲劳损伤计算工况择取，液货内部动压力计算公式推导，蒸气压力、温度变化等低周疲劳载荷模式确定等，创新提出一整套基于热点应力的C型独立液货罐Y型接头的疲劳损伤评估方法的规范实施要求。进一步地，还推导了基于一般实际情况假设下的C型独立液货罐Y型接头疲劳评估筛分准则，并应用本文上述研究成果和结论，进行了双体和三体罐Y型接头疲劳评估和筛分准则的应用与验证。     

箱型立柱内部隔板筋板节点焊接冷裂纹形成机理分析

运用热弹塑性有限元方法,对箱型立柱内部隔板筋板节点进行了焊接残余应力的有限元分析。首先对结构进行温度场分析,再根据分析结果进行焊接应力应变的分析。根据现场实际情况,对两种设计方案对应的立柱分段模型分别进行了建模和计算,并对计算结果作了对比分析。计算结果表明,焊接横向残余应力和焊接横向弯曲应力可以用来表征接头冷裂纹倾向。     

矩形耐压舱预应力支柱优化设计

[目的]为有效降低矩形耐压舱顶甲板的弯曲应力,[方法]提出在耐压舱内部设置预应力支柱。首先,给出支柱布局及尺寸已定的情况,以支柱预应力为设计变量,顶甲板板架弯曲应力为目标函数,建立考虑支柱应力约束的支柱预应力最优配置数学模型;然后,进一步将支柱位置作为设计变量,进行支柱布局及其预应力配置优化设计;最后,在预应力优化结果的基础上提出一种降低支柱结构重量的设计思路。[结果]优化结果表明,合理配置支柱的预应力,在支柱重量不增加的前提下顶甲板板架弯曲应力值降低了21.6%;进一步优化后,最终的支柱优化设计方案使顶甲板板架弯曲应力进一步降低了16.0%。[结论]研究结果可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

轮印载荷作用下波纹型夹层板格强度特性分析

针对轮印块状载荷下的波纹型夹层板格结构,建立了应力分析计算方法。该方法基于Mindlin-Reissner板理论的夹层板格整体弯曲计算和经典板理论的芯材间上面板的局部弯曲计算,并将二者叠加得到轮印载荷下夹层板格总的弯曲特性。开发了基于MATLAB的计算程序,能方便地调整夹层板格尺寸及轮印块载荷的位置、尺寸和载荷值,计算相应的板格变形和各特征点应力值。讨论了结构尺寸参数、轮印载荷尺寸参数等对上面板局部弯曲应力及板格整体弯曲应力的影响特性,为这类结构的设计和优化提供有益的参考。     

独立C型三体液货罐的应力分析与强度评估方法

针对三体液货罐体量大、支撑不固定、受力复杂的特点,提出了对于罐体不同区域采用不同的网格、不同单元的有限元建模方案；在《IGC 规则》加速度公式的基础上,推导了三罐体在各工况下的加速度以及内部压力计算公式；同时从《IGC 规则》中筛选出适用于有限元计算结果的强度评估准则,从而建立了一套三体液货罐应力分析与强度评估方法。以8410立方米三体液货罐为例,利用ABAQUS有限元软件,建立有限元模型并进行了各种工况应力分析和强度评估。     

激光焊接夹层甲板板格强度计算的子模型方法

提出了基于有限元软件ANSYS的激光焊接钢质夹层甲板板格结构强度计算的子模型方法。分别对考虑激光焊接焊缝缺陷的I型夹层板格结构的壳单元计算模型和体单元子模型进行强度分析,并与全部体单元模型的芯层与上下面板连接处及面板中部处应力分布计算结果进行对比,验证壳单元计算模型和子模型方法用于计算夹层甲板板格强度的正确性。计算结果表明,对强度特征关注区域,可建立多个体单元子模型,确定子模型边界影响区域范围,从而可较为准确地评估夹层甲板板格结构强度特性,包括焊缝处应力分布。壳单元计算模型可获得较为精确的板格变形值,但无法考虑激光焊接焊缝缺陷,获得的焊缝处最大应力值明显偏小。     

内压下矩形耐压舱内部结构优化设计

[目的]为有效降低内压下矩形耐压舱板架弯曲应力,[方法]分别提出内压下矩形耐压舱内部平台位置和支柱布局以及尺寸优化设计数学模型。以内部平台垂向位置作为设计变量,极小化横纵舱壁结构的最大弯曲应力,采用遗传算法求解,得到最优的内部平台布置位置,其优化结果接近垂向均布。支柱设计采用分级优化设计方法,先以等刚度支柱位置作为设计变量,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,分别得到不同支柱数量下的最优布局方案;然后依据应力约束条件选取支柱数量及布局,在此基础上进一步以支柱截面尺寸作为设计变量,以基础优化方案的重量作为约束,极小化顶甲板结构的最大弯曲应力,得到不等刚度支柱最优截面尺寸。[结果]其优化结果显示偏中心区域支柱截面积更大。最终优化设计方案较初始方案,横舱壁、纵舱壁和顶甲板弯曲应力分别降低了28.3%,25.7%和13.9%。[结论]本优化设计方法可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

加筋板穿透数值仿真中网格尺寸对失效应变的影响分析研究

运用数值仿真分析碰撞过程时,基于最大等效塑性应变失效准则确定的材料失效应变取值与网格尺寸具有明显的依赖关系,因此,研究碰撞载荷下加筋板网格尺寸对失效应变取值的影响对于评估加筋板架的耐撞性及开展耐撞性结构设计具有重要意义。文中基于LS-DYNA非线性有限元分析软件对光板及加筋板穿透过程分别进行仿真分析,以国外学者相应准静态穿透试验的结果为参照,探讨了加筋板与光板的有限元网格尺寸和失效应变之间的关系,同时对是否有必要考虑骨材与板壳之间的焊缝进行了探究。研究表明:加筋板与光板的失效应变取值存在明显的差异,确定加筋板材料失效应变取值时,应优先参考适用于加筋板网格尺寸与失效应变取值的关系曲线;在决定是否考虑加筋板结构中的焊缝时需要结合网格尺寸与焊缝等效单元的相对大小进行判断。     

C型独立舱三体罐结构强度有限元分析

根据《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》的要求,借助ABAQUS软件,对某液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)船C型独立液货舱三体罐结构进行整体有限元强度分析。介绍了模型范围、载荷工况、边界条件和接触类型,并对局部高应力区域网格进行细化,对液罐结构的中面应力和表面应力进行校核。通过对结果进行分析,阐述三体罐的受力特点,提出改进意见,为罐体结构优化提供参考。     

加筋复合材料夹层板强度子模型分析方法研究北大核心CSCD

[目的]旨在解决全局模型壳、体单元混合边界位移在子模型驱动边界上的转换加载问题。[方法]首先,以加筋复合材料夹层板为研究对象,运用Python语言对ABAQUS进行二次开发,编写边界位移的插值程序,以实现壳、体混合边界节点自由度向子模型驱动边界上的转换;然后,通过对比子模型与全局模型之间的应力、位移云图,以及各路径上的应力、位移变化曲线,验证所提出方法的正确性。[结果]结果显示,全局模型在子模型区域的位移、应力云图与子模型基本一致,子模型与全局粗网格模型的位移完全重合,应力变化趋势一致;子模型与全局细网格模型的应力误差最大不超过12.5%。[结论]所做工作可为子模型方法的应用提供参考。     

船首外飘砰击强度评估方法

通过分析三维板架入水砰击的结构动力响应,引入等效静力系数,建立板架结构入水砰击的等效静力分析方法。系统地改变计算参数,分析了冲击速度、入水角度、网格尺寸、边界条件等因素对板架应力峰值和等效静力系数的影响,进而提出了一种评估船首外飘结构砰击强度的方法。该方法可以反映砰击载荷作用下局部板架的动态效应,又避免在单纯利用板架模型评估时,板架边界设置对应力响应峰值的影响。     

船体结构加筋板极限强度的影响因素

采用非线性有限元软件ABAQUS,应用弧长法对船体内部加筋板进行极限强度影响参数研究.分析不同的初始挠度大小、焊接残余应力大小、模型范围、边界条件、有限元网格尺寸、材料应力应变曲线和侧压力对单轴受压加筋板极限强度的影响.通过对加筋板计算模型的参数进行研究可知,侧压力的存在和结构的初始挠度大小会对加筋板的极限强度产生显著影响,该研究可为加筋板极限强度计算模型的正确选择提供参考.     

侵彻数值仿真中网格密度对单元失效应变影响分析北大核心CSCD

[目的]旨在解决数值模拟平头弹对金属板的侵彻问题中,网格尺寸对单元失效应变取值和弹体剩余速度的影响。[方法]应用有限元软件LS-DYNA对Q235钢材料单轴拉伸实验进行数值仿真,结合实验中试样断裂时的伸长量得到该网格密度下的单元失效应变,绘制出失效应变随网格密度变化的曲线并进行动态修正;然后,进行平头弹侵彻Q235钢板的数值仿真,并对靶板进行不同尺寸的网格划分。其中Q235钢材料的单元失效应变按修正曲线取值,将弹体的剩余速度与实验结果对比,分析数值仿真中网格密度对金属板抗侵彻问题仿真结果的影响。[结果]研究表明,数值仿真中选取的单元失效应变应随网格密度的增大而增加,在金属板的抗侵彻问题中随着网格密度的增大,对弹体剩余速度预报的仿真结果逐渐收敛并与实验结果相近。当网格尺寸为0.5 mm时,研究速度段内数值仿真与实验拟合曲线的平均相对误差最小,为5.13%;仿真与实验的误差在低速段更大,且低速度段弹体剩余速度对网格密度更加敏感。[结论]相关计算方法及研究结果对弹体侵彻问题中网格密度和材料失效应变的取值及变化规律具有一定参考价值。     

壳板径向初挠度对内外环肋圆柱壳结构强度的影响分析

用参数化有限元法模拟壳板径向初挠度的分布,通过系列计算和应力系数的对比,研究局部内凹、外凸和整体椭圆度对圆柱壳结构强度的影响。考虑纵向弯曲载荷的贡献,提出了附加弯曲应力的一种估算方法,其结果与有限元接近且偏安全,可用于结构校核及结构加强。跨中壳板局部内凹使弯曲应力急剧上升,而中面应力则变幅较小。局部凹、凸产生的附加弯曲应力方向相反、大小相当,f/t相同时,外凸对应的合成弯曲应力明显小于内凹。局部凹凸度幅值对壳板强度的影响呈非线性,凹陷中心的σ20随f/t提高先缓慢增加而后下降,椭圆度幅值的影响是线性的但很小。     

椭圆形舱口角隅的疲劳强度研究

基于《钢质海船入级规范》以及《船体结构疲劳强度评估指南》对椭圆形舱口角隅的相关规定,应用自主开发的椭圆形舱口角隅网格自动划分系统,创建不同尺寸与板厚的椭圆形角隅细化模型,利用MSC.Patran有限元软件对该区域进行疲劳计算,分析其边缘热点应力,从而得出角隅尺寸、板厚对角隅疲劳强度热点应力的影响规律。     

基于NSIF的应变能密度法评估焊接接头疲劳强度（英文）

本文介绍了一种基于切口应力强度因子的应变能密度法来评估焊接接头的疲劳强度。该方法将焊接接头简化成尖锐的V型切口。切口尖端应力的奇异性与切口的张开角度有关,切口尖端附近的应力分布可以用切口应力强度因子来描述。切口应力强度因子的计算需要精细的网格划分,在不同的切口张开角度下计算得到的切口应力强度因子之间是无法直接进行比较的。本文基于切口应力强度因子,研究了以R为临界半径的扇形面积内的应变能密度。经验证,应变能密度法不依赖于网格尺寸,包含了焊接接头局部焊接参数等影响,能够准确描述焊趾附近高应力区的应力分布,对于焊接接头疲劳强度的评估具有一定的工程应用价值。     

间冷循环冷却叶片强度计算方法

进行了间冷循环高压涡轮叶片与轮盘耦合的强度计算。高压涡轮工作叶片属于带冠气冷空心叶片,叶根为枞树型。由于其结构的复杂性,所以三维造型和网格划分都具有很大的难度。在前期的模型处理中,优先考虑了叶根工作齿接触面的单元质量,在沿接触面法向放置了两层高质量、小尺寸的接触单元,目的是能详细地模拟叶根接触部位的应力分布。本计算的主要目的是对冷却叶片强度计算方法进行探讨研究,为了了解冷却叶片及轮盘榫槽部位应力分布情况,必须将叶片与轮盘进行耦合计算,但在计算时只讨论叶片以及轮盘榫槽处的应力,轮盘其他位置的应力不在本计算中讨论。计算模型取1/86轮盘1只叶片作为分析对象,采用的几何模型是按设计图的名义尺寸,使用Pro/E建立的三维模型,计算时使用专业网格划分软件ANSA划分网格,ABAQUS软件进行计算分析。