双层浮筏隔振系统筏体结构与隔振特性的研究

双层浮筏隔振系统中，筏体结构对隔振效果的影响重大，针对不同的筏体结构，在MSC／PATRAN中建立了浮筏的有限元模型，并且分析其固有振动特性、隔振效果，为隔振设计提供参考。     

双层浮筏隔振系统筏体结构与隔振特性的研究

双层浮筏隔振系统中,筏体结构对隔振效果的影响重大.针对不同的筏体结构, 在MSC/PATRAN中建立浮筏的有限元模型,并且分析其固有振动特性、隔振效果,为隔振设计提供参考.     

基于NASTRAN的复合材料层合板层间应力分析

基于MSC.PATRAN/NASTRAN软件,采用一种准三维混合有限元模型,计算了复合材料层合板的层间应力,得到了层间应力对层合板面内应力分布的影响规律,为合理设计层合板,优化层间剪切强度,扩大层合板的应用范围,提供了分析手段和理论依据;这种准三维混合模型的有限元计算方法,提高了复合材料层合板的分析效率和分析精度,也为其他复合材料结构分析提供了新的分析思路和途径.     

流固耦合计算方法在船舶局部结构中的应用

本文主要是从工程应用背景出发，对现有的大型通用软件(如MSC／NASTRAN)的流固耦合计算方法进行应用开发。用MSG／PATRAN建立有限元模型，在MSC／NASTRAN平台上主要对流体边界元法、经验公式法进行结构的流体附加质量计算的对比研究和计算。进行了一系列的算例研究，包括平板，曲板以及由它们组成的复杂结构的计算。计算结果合理、可信，该分析研究的结果对工程应用有一定现实意义。     

自然弯扭梁的耦合振动分析

以空间曲梁理论为基础对具有一般横截面形状自然弯扭梁的耦合振动特性进行了研究,分析中包括了转动惯量、横向剪切变形以及和扭转有关的翘曲对振动的影响.通过对数学计算软件MATHEMATICA的精确运用可以得到该梁振型的解析表达式,精确的固有频率则可用搜索的方法来确定.为了证明理论的有效性,对两端固支椭圆截面曲梁的固有频率和振型进行了求解,并把数值计算结果同PATRAN梁单元的有限元结果进行了比较.     

基于神经网络响应面的复合材料结构优化设计

用正交试验设计的方法选择样本点构建神经网络响应面,将神经网络响应面作为优化的目标函数或约束条件,加上其它常规约束条件建立优化模型,应用遗传算法 (GA) 进行优化,形成一套适用于复杂结构设计的高效优化方法。以复合材料帽型加筋板的重量优化问题为例,建立了加筋板模型的重量响应面目标函数、强度和稳定性响应面约束条件;并用PATRAN/NASTRAN进行有限元计算,获取用于响应面训练的样本点数值。算例表明:该方法能以很少的有限元分析次数,取得高精度的响应面近似模型,并且使优化效率大大提高。      

自然弯扭梁的耦合振动特性分析

以自然弯扭梁理论为基础对具有一般横截面形状空间曲梁的耦合振动特性进行了研究。 在该梁的运动控制方程中,位移函数和广义翘曲坐标均被定义在形心轴上,且在分析中包括了转动惯量、横向剪切变形以及和扭转有关的翘曲对振动的影响。通过对数学计算软件MATHEMATICA的精确运用可以得到该梁振型的解析表达式,精确的固有频率则可用搜索的方法来确定。为了证明理论的有效性,对两端固支椭圆截面曲梁的固有频率和振型进行了求解,并把数值计算结果同使用PATRAN梁单元的有限元结果进行了比较。     

加筋板总体失稳分析的等效层合板模型

基于等效刚度的思想,通过设定层合板的属性参数模拟了加筋板结构的力学特性,提出了一种适用于不同截面形状以及布局形式的加筋板总体失稳分析的等效层合板建模方法。利用PATRAN/NASTRAN 软件比较了反映实际壁板形状的高精度有限元模型与对应的赋有层合板属性的等效刚度简化模型。对于工程中常见形状的加强筋以及不同布局形式的壁板,2种模型的一阶线性失稳因子基本一致,从而验证了将等效层合板模型用于加筋壁板结构的稳定性分析可以满足工程精度要求,并显著提高了计算效率。     

Ti-C纤维金属层压板自由振动试验和数值分析

为研究由钛合金和碳纤维增强复合材料交替铺设而成的Ti-C纤维金属层压板(FMLs)的制备及自由振动,首先,使用有限元分析软件MSC.PATRAN/NASTRAN对不同尺寸Ti-C FMLs的自由振动进行了二维有限元建模计算,确定了尺寸效应对FMLs固有频率的影响;然后,采用电磁激振器和非接触式激光扫描仪进行自由振动试验,比较了数值仿真结果和试验结果;最后,计算了相同尺寸的纯碳纤维复合材料层压板和不同钛合金层压板层数的Ti-C FMLs的固有频率,研究了钛合金层压板层数对FMLs固有频率的影响。结果显示:试件的尺寸越小,固有频率的计算误差越大,即当结构面内尺寸相对于厚度的倍数较小时,模型的计算误差大;数值仿真结果和试验结果总体吻合较好,有限元模型有效;FMLs的固有频率随着钛合金层压板层数的增加而减少。所得结论可为提高Ti-C FMLs自由振动的可设计性提供参考。      

船舶浮筏隔振系统冲击响应的时域计算

舰艇特别是潜艇在战斗条件下的主要威胁来自水中非接触性爆炸,选用抗冲击性能好的设备和对设备采取冲击防护措施可以保证艇上设备的安全性,即这些措施可以限制冲击作用时设备与基座之间的最大相对位移以及设备的最大加速度,使用隔振装置就是一种较好的冲击防护措施.因此在隔振装置的设计阶段必须对其抗冲击性能进行校核,从而保证隔振装置的抗冲击性能.各种有限元分析软件例如MSC.NASTRAN软件可以应用于隔振装置的抗冲击性能校核.应用MSC.NASTRAN软件及其前后处理模块MSC.PATRAN对旅游船上柴油发电机组浮筏隔振装置进行有限元建模和分析,首先对筏体和浮筏隔振系统模型进行理论模态分析和计算,且计算结果和试验结果吻合较好;接着对浮筏隔振系统模型进行瞬态响应分析,从而考核该装置的抗冲击能力.以旅游船浮筏隔振装置为分析对象的目的在于探讨舰艇浮筏隔振装置抗冲击性能校核的时域计算方法,分析计算方法可用于舰艇隔振抗冲装置抗冲击性能的分析计算.     

高速船舱壁加筋板流固耦合振动分析

将结构有限元法和流体有限元法结合起来,根据Garlerkin法和Hamilton变分原理分别推导出离散的流体和结构的运动方程,用湿模态法求得流体附加质量矩阵,对高速船舱壁加筋板流固耦合系统进行了模态分析.并进行模态试验,研究不同水深时舱壁加筋板结构流固耦合振动模态,同时与有限元计算结果进行比较,从而揭示了该类结构流固耦合振动的动力特性,对舱壁加筋板结构的动力设计具有指导意义.     

Material geometry optimization of involute structures using sensitivity derivatives with respect to global design variables

A behaviour sensitivity analysis and optimization capability for involute structures has been developed and implemented via a test version of the P/COMPOSITE Module (which includes the CPATCHES finite element code for the analysis of 3-D composites) in PATRAN. The user may obtain the sensitivity of the structural response with respect to a set of up to eight global material geometry variables that span the space of useful designs. The integrands of the sensitivity integrals are calculated in closed form and the same volume integration utilities that are employed throughout CPATCHES are used. This capability is restricted to problems in linear statics and a Cholesky equation solver is used. The behaviour sensitivity derivatives are validated by finite difference testing and through their successful application in severai involute optimization problems.     

A new 3-D finite element model to evaluate added mass for analysis of fluid-structure interaction problems

The paper presents the results of investigations conducted to evaluate the added mass to represent fluid-structure interaction effects in vibration/dynamic analysis of floating bodies such as ship hulls. While the structural plating is idealized by 9-noded plate/shell finite elements, the fluid domain is modelled by 20-noded/21-noded 3-D finite elements in the investigations conducted. A new 8-noded element has been developed to model the interface between the structure and the fluid. An efficient computational methodology has been used for computation of added mass. The finite element models are validated by comparing the results with those given by analytical solution for a submerged sphere. The efficacy of the finite element model is demonstrated through convergence of the results obtained for a floating barge problem. A better convergence rate and distribution of added mass in three orthogonal directions have been obtained.     

Study on Process Parameters Optimization of Sheet Metal Forming Based on PFEA/ANN/GA

Sheet metal forming is widely applied to automobile, aviation, space flight, ship, instrument, and appliance industries.In this paper, based on analyzing the shortcoming of general finite element analysis (FEA), the conception of parametric finite element     

半潜式平台结构抗撞性能研究

在分析显示非线性有限元基本理论和碰撞仿真关键技术的基础上,研究了半潜式平台在遭遇船舶正向撞击时的抗撞特性及其影响因素。模拟了整船与半潜式平台的碰撞,船首结构及半潜式平台立柱结构模拟为弹塑性材料,并考虑船舶与半潜式平台运动惯性的影响,定义了三种不同的碰撞场景,撞击船分别沿纵向、横向和斜向撞击平台立柱,获取了碰撞力——撞深曲线、各构件能量吸收和结构损伤变形等。重点讨论了半潜式平台立柱在不同撞击位置条件下的撞击特性,分析了影响结构碰撞性能的因素,包括结构特性和撞击位置,提出了改善半潜式平台抗撞性能的一些建议     

Design sensitivity analysis of non-linear structural systems part I: Theory

A unified approach is presented for design sensitivity analysis of non-linear structural systems that include truss, beam, plane elastic solid and plate components. Both geometric and material non-linearities are treated. Sizing design variables, such as thickness and cross-sectional areas of components of individual members and built-up structures, are considered. A distributed parameter structural design sensitivity analysis approach is used that retains the continuum elasticity formulation throughout the derivation of design sensitivity analysis results. Using this approach and an adjoint variable method, expressions for design sensitivity in terms of design variations are derived in the continuous setting which can be evaluated numerically using analysis results of finite element analysis. Both total Lagrangian and updated Lagrangian formulations in non-linear analysis of solid mechanics are used for design sensitivity analysis. Numerical implementation of design sensitivity analysis results using existing finite element code will be presented in Part II of this paper.     

舰船动力轴系冲击响应性能分析

摘 要：介绍了舰船轴系冲击激励的类型、基于有限元法建立的轴系冲击动力学模型以及基于有限元法在MATLAB平台上开发的舰船轴系动力学及冲击性能仿真平台(SHAFTFE)的基本功能,用SHAFTFE建立了一个包括推进轴系、推进电机和推进电机隔振器在内的整个动力轴系模型,计算了在不同冲击强度和动力轴系参数条件下整个动力轴系的冲击性能,分析了动力轴系的结构设计参数对动力轴系冲击性能的影响。结果表明,动力轴系在冲击作用下会出现较大的位移,因此在舰船动力轴系的设计中必须对轴系的冲击特性引起足够的重视,以增强整船的可靠性和生存能力。     

采用通用有限元程序的弥散裂缝模型和分层壳单元模拟钢筋混凝土构件裂缝宽度

该文基于弥散裂缝模型,采用通用有限元程序的分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的方法。讨论了理论基础,Bazant和Oh提出的经典裂缝带理论主要针对素混凝土构件,严重的局部化效应导致显著的网格依赖性,而将裂缝带理论拓展到工程常用的配筋混凝土构件时,由于多裂缝分布发展的特点,裂缝带宽应修改为平均裂缝间距而使计算结果与网格无关。在理论基础讨论的基础上,给出了采用通用有限元程序的弥散裂缝模型和分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算流程,其中,平均裂缝间距将有限元分析中的“应变”概念和工程设计中的“裂缝宽度”概念紧密联系起来,是计算流程中最关键的参数。以某承受负弯矩的简支组合梁混凝土板开裂分析为例,验证并讨论了网格相关性、大软化模量导致数值收敛困难的应对策略、平均裂缝间距的决定性作用等重要问题。     

船舶整体结构3D—FEM振动分析

本文采用３Ｄ－ＦＥＭ方法对船舶整体结构进行振动分析。介绍了模型生成、附连水等处理方法。计算了２８．３万立方英尺、４５万立方英尺冷藏／集装箱船、２．１万吨多用途货船及３００ＴＥＵ集装箱船等多艘船舶，并和Ｇ．Ｌ计算资料和实船测量值作了比较，取得了较为满意的结果。