楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究

船舶遭受其他船船舶撞击会引起严重的后果,典型撞击船船首形式有球鼻首和楔形首,而目前对楔形首撞击下船体结构的耐撞性研究涉及较少。此外,双壳船体结构形式可提升船舶的碰撞安全性。因此,本文开展楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究。设计了双壳结构模型试件和楔形首撞头,开展了准静态压载试验。同时开展数值模拟,准确模拟了双壳结构完整损伤过程的撞击力-撞深曲线和最终破坏形式。研究结果表明:楔形首撞击下双壳结构外壳板和内壳板的损伤模式有区别;与内壳板相比,外壳板因撕裂作用能吸收更多的能量;外壳板与隔板间的耦合作用较小。本文研究成果可为船体双壳结构的耐撞性设计和评估提供技术支持。     

双层圆柱壳受物体撞击损伤过程数值仿真

圆柱壳是海洋工程结构物和潜体中广泛采用的结构单元,为了研究其在物体撞击作用下的响应以及撞击角度对撞击响应的影响,文中采用大型非线性动态响应分析程序MSC.Dytran,分不同撞击角度,对双层圆柱壳结构受射弹撞击过程进行了数值仿真,研究分析了圆柱壳结构的损伤变形、能量吸收及撞击力的变化情况.文中的计算结果对圆柱壳结构物的抗撞击分析研究及合理的结构设计有参考价值.     

撞击载荷下曲板动态破坏特性的试验及数值仿真

通过系列的低速试验,对撞击载荷下曲板的破坏特性进行研究,并在有限元软件ABAQUS中进行数值模拟.试验结果表明曲板的变形包括局部凹陷和整体变形两个部分,破坏形式为花瓣式撕裂.为了保证有限元计算的准确性,通过材料拉伸试验和有限元迭代修正结合的方法测定相关的材料参数.采用JOHNSON-COOK材料模型拟合相关数据,结果表明有限元计算能够有效地预报结构的变形和破损情况.     

船体壳板撞击破裂后撕裂特征试验和数值模拟研究

为了研究船体壳板撞击破裂后的撕裂特征,开展了变截面撞头准静态压载船体壳板的模型试验和数值模拟。试验记录了壳板变形、破裂和撕裂过程的损伤模式及其完整损伤过程的撞击力-撞深曲线。通过拉伸试验校核,提出了模拟壳板初始破裂和撕裂失效的数值模拟方法。试验和数值模拟结果的对比分析表明：所提数值模拟方法能准确模拟壳板的完整损伤过程;壳板撕裂失效是由裂纹尖端的拉伸作用引起的,且撕裂过程的撞击力与裂纹数目无关;壳板撕裂过程的弯曲和拉伸作用所吸收的能量较大。本文研究工作对船体结构的耐撞性准确评估具有一定指导作用。     

船体双壳结构的框架建造法

框架建造法就是将双层壳体分段的“皮”和“骨”支分开制造,然后在“骨”上蒙“皮”,即先将壳板之外的全部结构组成“框架”,再在框架上敷盖壳板的建造方法。建造的步骤分为：下料、小组合、中组合、框架组合和分段合拢等5个阶段。要保证框架建造法的成功必须注意如下：①生产设计要准确;②原材料无变形;③切割精度要高;④部件组装要一步一校;⑤合理吊装和存放,防止变形;⑥使用专用胎架;⑦以框架为基准装配,合理焊接顺序,保证分段精度。     

船体双壳结构的框架建造法

本介绍了“框架建造法”的基本流程、框架胎架的制作要领,以及框架建造法在建造3万吨级多用途集装箱船时的运用情况和效果。     

潜艇典型结构受多物体撞击数值仿真的试验验证

以双壳体潜艇的典型结构—双层环肋圆柱壳受多物体撞击为研究对象,开展了模型试验,并与仿真计算结果进行对比,验证了有限元数值仿真方法对求解该类问题的有效性。还从结构损伤变形、撞击力历程和能量转换等方面对多物体撞击壳体过程的动响应特性进行了分析。研究成果将为潜艇抗撞能力的评估及抗撞结构的设计提供参考。     

反复撞击载荷作用下船体结构的变形极限

讨论了反复撞击载荷作用下船体结构的变形极限问题，并对具有扩展性缺陷的船体结构允许营运期限的确定以及船舶碰撞防护结构的设计等问题提出了分析意见。     

双壳结构频散特性及聚能效应分析

以浸没在流场中的双层圆柱壳为研究对象,分析了静水压力、不同边界条件对其频散特性的影响规律。在典型壳体结构多模式频散特性分析基础上,探索双壳结构复杂激励下的能量聚集现象,初步给出了壳体能量聚集判据。结果表明:壳体4.5 MPa静压下增大了壳体高阶周向模态下低阶波的传播速度。壳体边界条件对低阶周向模态对应的无量纲振动频率影响较为显著。壳体聚能效应在低阶周向模态下较为显著;随着周向模态数增加,结构声的能量聚集现象逐渐向高频移动。     

二维楔形体结构入水砰击数值仿真分析

随着船舶向高速化方向发展,首部砰击问题变得异常突出。本文通过楔形体入水砰击试验模拟船舶首部入水砰击现象并通过有限元仿真软件Ansys/Ls-dyna对楔形体入水砰击过程进行仿真分析,通过改变斜升角角度和楔形体下落高度研究砰击载荷的变化规律,并对楔形体入水时的压力变化及入水时液面抬升现象展开分析。研究结果表明,当楔形体表面与水面接触时,砰压立即增加,随后砰压会慢慢减小,最终趋于稳定。当楔形体的斜升角在变化时,楔形体的砰击压力也会随之变化,即当斜升角的角度越大,楔形体的砰击压力值就越小;当入水速度越快时,即入水高度越高时,砰击载荷的峰值也会越来越大,但处于同一速度（即同一高度）,在楔形体以不同角度入水时,当它们的角度越来越大,最后的砰击载荷峰值就会越来越小。研究成果可为船体首部砰击作用下砰击载荷的变化规律提供参考。     

船舶失控撞击高桩码头结构的数值仿真分析

以5万吨级散货船在失控状态下以1 ms的速度垂直撞击某高桩码头为例,运用有限元软件模拟该撞击的过程,得到对应撞击的能量转化情况以及船舶撞击作用力的时程曲线,并将撞击力仿真计算结果与各类船桥碰撞规范撞击力计算结果进行比较。同时,通过对撞击后码头结构破坏情况进行分析,提出防止码头结构由于船舶失控撞击而破坏的措施,为同类码头的设计、维护及改造提供理论依据。     

撞击船载货对双壳油船碰撞损伤的影响

为探究撞击船载货对双壳油船舷侧结构碰撞损伤的影响,以7 000吨级双壳油船为原型,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立船舶碰撞数值模型,在此基础上对碰撞过程中产生的碰撞力、结构吸能、撞击速度变化和撞深变化等参数进行对比分析,阐述撞击船载货对双壳油船碰撞损伤的影响。研究结果表明,撞击船载货对双壳油船舷侧损伤具有重要影响。     

多元结构损伤识别的曲率模态分析及数值仿真

应用改进的曲率模态分析方法对具有多处结构损伤的简支梁结构进行了损伤识别,通过数值计算得到了简支梁的曲率模态,由此结果可以确定出损伤单元及位置.由于曲率模态法对结构损伤的识别不敏感,所以文中提出了曲率模态差这一新的概念,思想是通过对曲率模态差的突变研究来判定损伤结构中损伤单元的位置.通过算例分析,其识别效果明显优于曲率模态法.     

浸没在流场中的双壳结构波动特性

以浸没在流体声介质中的双层圆柱壳为研究对象,给出了静压下双壳流固耦合系统频散方程,基于Muller-Newton法和围线积分法分别开展了实数域和复数域频散方程的计算。探索了静水压力对双壳频散特性和输入功率流的影响规律。在此基础上,分析了不同周向模态下双壳结构波的传递性质。结果表明:4.5 MPa静水压力降低了高阶周向模态下低阶波的传播速度;在n=0时静水压力增大了输入功率流的峰值;各种传播波随着无量纲频率的增加表现为弯曲波、拉伸波和扭转波等形式。     

深水环境下双层圆柱壳结构受撞数值仿真

水下运载器一旦受到物体撞击造成破舱进水,后果不堪设想.为了提高水下运载器的结构安全性,选取其典型耐压结构形式--双层圆柱壳结构为研究对象,采用MSC.Dytran非线性瞬态动力学分析程序,分3种撞击环境:流固耦合与深水静压联合作用、单深水静压作用以及单流固耦合作用,对双层圆柱壳结构受物体撞击的损伤过程进行数值仿真.通过对计算结果的对比分析,研究了深水压力及流固耦合作用对受撞结构的损伤变形、撞击过程中的能量转换和撞击力的影响.本文的研究成果,可为水下运载器的碰撞研究及抗撞结构设计提供借鉴.     

水下爆炸作用下对称结构船体梁整体损伤特性研究

基于相似原则设计了全封闭对称结构船体梁模型,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梁模型在水下近距非接触爆炸作用下的整体损伤特性,比较爆炸气泡运动对梁结构造成的中垂和中拱弯曲损伤作用,探索近距条件下炸药爆炸造成梁发生整体损伤变形时的高效攻击方式。研究发现:在近距非接触爆炸作用下,当爆炸气泡脉动频率与梁一阶湿频率相近时,水下爆炸气泡对梁结构造成的损伤作用以中垂弯曲为主,且爆径比越小,中垂损伤作用越明显;若爆径比不变,随着药量的增大,梁的整体损伤模式会由中垂弯曲向中拱弯曲转变;一定爆距范围内,炸药在远距离多次爆炸比近距离一次爆炸所造成的梁结构中垂损伤变形要大。     

考虑腐蚀损伤的船体结构强度分析

长期在恶劣海况下营运的船舶,不可避免的会产生腐蚀,在营运检验中只能简单通过腐蚀比例和典型剖面的剖面模数来评估结构强度,给现场检验及修理提供的指导较为有限。对某18年船龄集装箱船进行实船测厚,并在考虑腐蚀损伤的情况下进行舱段有限元计算分析,校核其屈服强度和屈曲强度。结果表明在相同腐蚀情况下,采用高强度钢的结构,其强度下降更为严重,同时在对腐蚀较大区域进行结构加强,还需对相邻的关键结构进行分析及必要的加强。通过计算结果的分析及优化方案的校核,为现场检验及维修提供参考。     

船舶模型在波浪下的崩溃数值仿真及试验

大波浪因具有巨大波高而会造成船体结构崩溃失效,甚至断裂,准确预报船体结构在波浪下的非线性动态强度已成为船舶结构新的研究方向.提出一种结合三维势流理论和非线性有限元的数值仿真方法,预报船体结构在波浪下的非线性动态强度,三维势流理论用于计算波浪载荷,非线性有限元用于计算船体结构的弹塑性和屈曲变形.为验证数值仿真方法的准确性...     

基于船体变形数值仿真的FPSO管道应力分析

为区别于传统经验公式计算管道应力的方法,采用有限元方法计算浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）船体变形,提取具体管道支架的位移值,并利用CAESAR Ⅱ软件进行管道应力计算。有限元预报得到的管道应力更加准确,而经验公式得到偏保守的结果。建议在对FPSO管道进行初步设计时可采用经验公式方法,在进行详细设计和局部管道应力校核时可采用数值仿真方法。