水下环肋圆柱壳弹性失稳临界载荷无损预报方法

基于振动的水下环肋圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。以Flügge壳体理论和基于正交各向异性理论的环肋圆柱壳自由振动方程为基础,运用波传播法得出耦合系统的频率方程,并求出对应外压下的固有频率,通过最小二乘法线性拟合获得临界载荷、外压及固有频率的关系表达式。绘图得知任意边界的同一模态下,水下环肋圆柱壳的固有频率平方与静水压力成正比。结构失稳时,刚度丧失,固有频率降为零,据此求出水下环肋圆柱壳的最小弹性临界载荷。分析了不同边界条件对环肋圆柱壳临界载荷的影响,得知边界约束越强,环肋圆柱壳的临界载荷越大。结果对比表明了本方法的正确性,为水下环肋圆柱壳的固有频率及临界载荷的理论计算提供了一种新的方法。     

环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的解析求解方法

提出了分析环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的一种解析求解方法。环肋通过"刚度均摊"到均质椭圆柱壳体上,考虑流场对壳体振动特性的影响,通过Helmholtz方程描述声介质的波动,建立环肋椭圆柱壳-流场耦合系统的自由振动方程,进而求得耦合系统的自由振动固有频率。为了验证方法的准确性,将水下环肋椭圆柱壳退化成水下环肋圆柱壳和不加肋的水下椭圆柱光壳,两个退化模型的计算结果与已有文献结果吻合良好。并详细讨论了椭圆度、环肋间距等主要参数对耦合系统自由振动特性的影响。     

环肋圆柱壳结构壳板稳定性研究

讨论了环肋圆柱壳壳板稳定性解析法与有限元法计算结果的差异,分析了造成差异的原因,给出了对解析法公式的修正方法。     

功肋圆柱壳结构壳板稳定性研究

讨论了环肋圆柱壳壳板稳定性解析法与有限元法计算结果的差异，分析了造成差异的原因，给出了对解析法公式的修正方法。     

基于多变量分析的环肋圆柱壳结构特性研究

为了从整个可行解空间研究圆柱壳结构特性,采用全因子试验设计获得变量范围内的可行解空间,通过相关理论推导计算得到不同结构形式圆柱壳的强度、稳定性以及振动频率等指标。采用相关性分析、主成分分析以及变量聚类分析方法根据可行解空间的数据对环肋圆柱壳强度、稳定性、振动频率之间以及这些属性与设计变量之间的关系进行研究。采用相关系数矩阵图、主成分分布图以及谱系聚类图将多变量分析的结果可视化。对可视化结果进行分析发现了圆柱壳结构属性之间的矛盾性,变量、属性之间的相似性和关系的复杂性。通过多变量分析得到的相关结论能够作为实际工程设计的参考。     

提高加肋圆柱耐压壳总稳定性的有效方法

本文应用能量法推导了一种新型的潜水器耐压壳结构——非匀加肋圆柱壳总失稳压力的计算公式。临界压力的理论分析和试验研究表明:非匀加肋较之匀加肋能更有效地提高圆柱壳的总稳定性。     

各向均匀外压力作用下环肋圆柱壳的稳定特性

各向均匀外压力作用下的环肋圆柱壳，在总稳定方面会出现异常特性，例如，其稳定性不能正常地随其刚度的增加而增大。本文根据环肋圆柱壳在三种外力状态下（仅受轴向均匀外压，仅受横向均匀外压和各向均匀外压），总稳定性随几何参数变化的规律，从理论上详细说明了异常特性的实质是仅受轴向外压的特性，最后用模型实验结果证明理论分析与研究的正确性。     

大深度救生钟耐压结构的优化设计

针对某型救生钟的救生舱耐压壳体,推导出典型水下耐压结构的计算公式,建立结构优化数学模型,并编制计算程序以求解结构最优尺寸,在此基础上确定耐压结构的设计尺寸.对设计结果采用有限元计算和规范计算比对分析,结果证明采用程序计算设计的优化尺寸满足工程要求.本文提供的计算方法可为水下环肋耐压壳体结构工程设计提供参考.     

基于多元线性回归函数的波浪荷载实验研究

在实际工程实验与研究中，根据最小二乘法估计理论，进行多元线性回归分析是一种常见的数据处理方法。大直径圆柱壳结构是近年来在港口海洋工程中出现的一种新型结构。在大直径圆柱壳结构波浪力实验的基础上，引入多元线性回归函数对作用在大直径圆柱壳结构上的波浪力及其弯矩的计算进行了分析，并尝试给出作用在该结构上的波浪荷载公式。     

Spar平台硬舱壳体加强筋布置型式对结构稳定性影响研究

基于API BULL2U规范有关圆柱壳体结构稳定性条文,对Spar平台的圆柱型硬舱壳体的骨架布置型式与圆柱壳体结构的稳定性关系进行了初步探讨,编写了圆柱壳体结构稳定性计算分析软件。通过对例题的计算,认为在Spar平台硬舱壳体设置环向加强筋可显著提高第Ⅱ类和第Ⅲ类屈曲的临界应力,但对第Ⅰ类屈曲的临界应力影响不大;当数量超过的临界值时,设置纵向筋可显著提高第Ⅰ类屈曲临界应力,但对第Ⅱ类和第Ⅲ类屈曲模式纵向加强作用有限。     

Postbuckling of shear deformable stiffened anisotropic laminated cylindrical shell under axial compression

A postbuckling analysis is presented for a shear deformable anisotropic laminated cylindrical shell with stiffener of finite length subjected to axial compression. The material of each layer of the shell is assumed to be linearly elastic, anisotropic and fiber-reinforced. The governing equations are based on a higher order shear deformation shell theory with von Kármán-Donnell-type of kinematic nonlinearity and including the extension/twist, extension/flexural and flexural/twist couplings. The ‘smeared stiffener’ approach is adopted for the beam stiffeners. This arrangement allows the beam stiffeners to be assembled directly into the global stiffness matrix. The nonlinear prebuckling deformations and initial geometric imperfections of the shell are both taken into account. A singular perturbation technique is employed to determine the buckling loads and postbuckling equilibrium paths. The numerical illustrations concern the postbuckling response of perfect and imperfect, grid, axial, ring stiffened, and unstiffened shells. The results confirm that there exists a compressive stress along with an associate shear stress and twisting when the anisotropic shell is subjected to axial compression. The postbuckling equilibrium path is unstable for the moderately thick cylindrical shell under axial compression and the stiffened shell structure is imperfection-sensitive.     

自升式平台桩脚在含硬壳层地基中的插深分析

存在硬壳层的层状地基承载能力分析是自升式钻井平台桩脚插深分析的关键,但是目前对硬壳层承载能力的确定还没有成熟可行的理论计算方法。一般的针对非均质层状地基的承载力计算方法,因参数较多,计算步骤繁琐,很难广泛应用于实际的平台桩脚入泥深度分析中。文中主要介绍了存在硬壳层的层状地基承载力的分析方法与过程,根据应力扩散原理推导并做适当的简化得到硬壳层承载力修正方法。简化后的修正方法能满足一般硬壳层承载力分析的需要,并使平台插桩深度分析计算过程变得简便。通过在实际工程的应用,得到的实测结果与理论计算值也较为一致,说明了用此方法分析硬壳层地基的平台插桩是合理、实用的。     

单立柱桶基平台整体结构静,动力分析

桶基平台是以桶形基础代替传统的桩基础,是海洋工程结构的一种新型基础形式,该平台是板壳和梁组成的空间结构,受力复杂,本文采用弹性抗力法解决桶形基础与土壤相互作用,用水平弹簧模拟桶基与土壤相互作用,采用板壳和梁的计算模型对平台结构进行分析,为平台的结构设计提供了依据。     

薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究

为了快速并有效地计算海洋平台等薄壁箱型梁结构的约束扭转极限承载能力,进行了薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究.基于塑性极限状态分析理论,提出了薄壁梁约束扭转极限状态应力分布假设,将薄壁梁视作为一系列由主要支撑构件和扶强材支撑的板格,推导了薄壁梁约束扭转极限承载能力上限的计算公式.应用非线性有限元方法验证了所提假设和计算公式的精度,将所提方法应用于箱型梁模型和半潜平台的约束扭转极限承载能力的计算分析,并与非线性有限元结果进行了比对,结果表明,本方法具有较高的精度,可用于海洋平台等薄壁梁的扭转极限承载力上限的估算.     

A modified numerical calculation method of collapse pressure for thick-walled offshore pipelines

Considering the shear deformation and thickness stretching of large deformation, a modified numerical calculation method based on the thick shell theory is established to determine the collapse pressure of thick-walled pipes. Verification experiments are conducted on ten pipe specimens in hyperbaric chambers. The good agreement between experimental results and numerical predictions shows the validity and reliability of the new numerical calculation method. Combining DNV specification, the characteristic collapse pressure is also calculated for comparison. The difference between experimental results and DNV calculations illustrates the latter one is much conservative in predicting collapse pressure for thick-walled pipes. Sensitivity analysis on manufacturing imperfections and material properties is investigated for pipes with different D/t ratios. Thick-walled pipes are easier to be affected by initial ovality, residual stress and hardening factor. Based on the stress distribution at the moment of collapse, a novel discovery is found that the collapse pressure of thick-walled pipes is dominated by material plastic behavior.     

FSRU码头系泊模型实验与数值模拟研究

FSRU在恶劣环境条件下的作业和安全停靠性能与系泊缆张力、靠垫挤压应力、船体6自由度运动等参数有关。针对FSRU码头处海洋环境条件,进行FSRU不同装载状况的模型实验,获得FSRU的6自由度运动及其系泊载荷的动力特性。基于三维辐射和绕射理论,使用Sesam软件进行频域计算,以此为基础在相应海洋环境条件下进行时域耦合分析,获得FSRU 6自由度运动、系泊载荷、靠垫应力等参数的响应时历。结果表明:30%装载、横浪条件下FSRU的运动响应最大,系泊缆张力未达到破断值,靠垫压力超过其压缩60%时的载荷;模型实验对FSRU运动响应和系泊缆张力的预测结果可信,靠垫受力情况需要数值仿真进行辅助研究。     

基于ABAQUS的轨道振动特性有限元仿真分析

以某水池轨道系统为研究对象,考虑支座对轨道固有频率的影响,采用三维变形体单元、三维变形壳单元、三维变形梁单元分别建立轨道有限元模型。基于特征值法,计算轨道系统一阶固有频率,对比评估轨道的振动特性,找出规律,指出不同方法的特点及工程中针对不同方法的取舍,总结可指导设计性的结论。旨在为以后设计中有关轨道振动特性计算及相似平台设计提供参考指导。     

Analysis of stiffened shell for ships and ocean structures by finite element method

Static analysis of stiffened shells has been carried out using an eight-noded isoparametric element for the shell and a three-noded curved beam element for the stiffener. A same displacement function is used for the shell and the stiffener elements. A modified technique has been followed to analyse the shell, which is an improvement over the degenerated shell concept. The stiffness matrix of the curved beam element is generated irrespective of its position and orientation within the shell element. The stiffness matrix of the stiffener is then transferred to all the nodes of the shell element. Numerical examples of stiffened shells with concentric and eccentric stiffeners have been analysed and the results presented together with those available in published literature.     

波浪作用下斜坡上护面块体内部应力分布数值模拟

基于3D FEMDEM方法建立三维原型尺度数值模型,模拟波浪荷载作用下斜坡上护面块体内部的应力分布。波浪作用下结构物的水动力荷载采用微幅波理论模拟,护面块体之间的运动、碰撞接触以及块体内部的应力变化采用3D FEMDEM方法模拟。块体之间的接触力采用基于势函数的罚函数法计算,有限元的变形采用中心差分的显式方法求解。应用该数值模型与ANSYS软件程序对自重作用下混凝土扭王字块的内部应力分布特性进行了比较分析,验证了数值模型应力计算的可行性和计算精度。通过数值模拟计算给出了波浪作用下斜坡上护面块体之间的相对运动和块体内部的应力分布及应力历时曲线,探讨了块体内部应力变化特性。     

载人潜器耐压球壳参数化设计与稳定性分析

载人潜器耐压球壳设计的关键是稳定性分析,在针对CATIA进行了二次开发的基础上,实现了CATIA软件参数化模型与有限元分析软件ABAQUS之间的通信,采用ABAQUS中的python语言编程实现了对变参数模型的自动分网,采用惯性释放进行了边界设置,在研究了基于弧长法的稳定性求解方法的基础上,选取MT-1模型进行了稳定性求解方法的有效性验证,最后将参数化设计及稳定性求解方法应用到实际设计中,提高了耐压球壳设计效率。