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孔边导角对开孔方形平板的应力集中理论解析1. 理论背景开孔方形平板是一种常见的工程结构，在实际应用中常会遇到开孔边缘导角的情况。
研究开孔边缘导角对平板应力分布的影响，对于设计和优化结构具有重要意义。
2. 应力集中的原因开孔边缘导角会导致应力集中的现象。
在开孔边缘的导角处，弯曲变形和剪切变形将引起较大的应力集中。
3. 应力分析3.1 面内应力分析根据平面应力理论，考虑平板表面上的应力分量σx、σy和剪应力τxy，可以通过应力函数法等方法求解。
3.2 应力集中系数应力集中系数是描述应力集中程度的一个参数。
对于开孔边缘导角的方形平板，可以采用斯特拉斯解析法或有限元分析来计算应力集中系数Kt。
3.3 裂纹尖端应力分析对于已有裂纹的开孔边缘导角方形平板，可以采用线弹性力学理论进行裂纹尖端应力分析，计算应力强度因子K。
4. 影响因素4.1 开孔尺寸开孔尺寸对应力集中影响较大。
较小的开孔尺寸往往会引起更大的应力集中，进而降低结构的强度。
4.2 导角角度导角角度越小，应力集中越小。
大角度的导角将导致应力集中系数增加，进而削弱结构的强度。
5. 应力集中缓解方法为减小应力集中效应，可以采取以下方法：5.1 圆角缓和法在开孔边缘导角处增加合适的圆角，能够减小应力集中。
合理的圆角尺寸能够降低应力集中系数，从而提高结构的强度。
5.2 加固加强通过在开孔边缘导角处添加加固结构，如加强筋或加固片，可以显著减小应力集中。
5.3 材料选择在设计中选择具有良好韧性和抗拉强度的材料，能够有效减轻应力集中效应，提高结构的抗拉强度。
6. 实际案例以飞机结构为例，飞机机翼翼缘开孔处由于需满足动力特性和减重要求，常会出现开孔边缘导角，对于该种结构，深入分析应力集中情况，有效解决应力集中问题，对于保障飞行安全至关重要。
总结：开孔边缘导角对于开孔方形平板的应力集中有较大影响。
通过采用理论解析方法和有限元分析工具，可以对开孔边缘导角的平板进行应力集中分析，从而有效解决应力集中问题。
大工15秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业3100分答案大工15秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业3一、单选题（共 5 道试题，共 25 分。
）1. 下列哪个措施不能提高平台的吸能能力？（）A. 加强主要构件连接处的强度B. 在结构与基础中，应有一定的强度余度C. 引入会使刚度和强度产生急剧变化的构件D. 避免选用在强震载荷下呈脆性的材料——选择：C2. 舱口角隅的应力集中系数等于（）与平均应力之比。
A. 舱口的长度B. 舱口角隅半径C. 舱口角隅处的最小应力D. 舱口角隅处的最大应力——选择：D3. 平台满载、静水、半潜吃水指的是半潜式平台的哪种典型设计工况？（）A. 工况ⅠB. 工况ⅡC. 工况ⅢD. 工况Ⅳ——选择：A4. 半潜式平台的舱壁属于结构模型中的（）。
A. 杆单元B. 膜单元C. 杆单元D. 以上均不对——选择：B5. 为6个自由度的单元，承受弯矩、剪切和轴向力，通常用于表示各种强梁、桁材以及立柱之间的桁撑等结构。
这是哪个概念的定义？（）A. 板元B. 杆元C. 梁元D. 膜元——选择：C大工15秋《船舶与海洋结构物结构强度》在线作业3二、多选题（共 5 道试题，共 25 分。
）1. 要提高平台的吸能能力，可采取下列哪些措施？（）A. 加强主要构件连接处的强度。
B. 在结构与基础中，应有一定的强度余度。
C. 避免引入会使刚度产生急剧变化的构件。
D. 避免选用在强震载荷下呈脆性的材料。
E. 考虑由地震运动引起的相反方向的载荷影响。
——选择：ABCDE2. 导管架平台结质量包括（）。
A. 结构自重B. 设备重量C. 管内水质量D. 附加水质量——选择：ABCD3. 对于应力集中系数，下列说法正确的有哪些？（）A. 应力集中系数是应力集中处的最大应力与所选定的平均应力之比值。
B. 应力集中系数是应力集中程度的一个标志。
C. 应力集中系数表明最大应力是所选定的基准应力的倍数。
D. 确定应力集中系数时，应指明选择的基准应力。
基于HyperWorks的船舶艏部舱段结构有限元分析周清华冯翰林杜国和中国舰船研究设计中心湖北武汉 430064摘要：以某运输船艏部舱段结构为例，采用HyperWorks软件分析其关键部位在典型海况下的力学特性。
其中，利用二维设计软件AutoCAD优秀的平面建模功能和前处理器HyperMesh 强大的网格划分技术进行交互化建模，分别采用有限元分析求解器OptiStruct和船舶业界常用的求解器进行准静态分析，比较分析不同求解器的差别。
其计算结果可为改进船体结构设计提供依据。
关键词：艏部舱段；有限元分析；HyperWorks；AutoCAD ; HyperMesh0 引言Altair公司研发的HyperWorks系列产品可以解决工程优化及分析问题，已成为飞机、汽车和船舶等领域CAE应用的利器之一，得到了工业界的认可。
其中的有限元前处理模块HyperMesh网格划分功能强大，并与主流CAD软件有着良好的接口。
结构分析模块OptiStruct是一款基于有限元法的结构设计优化软件，可用于线性静态分析、模态分析、惯性释放、频率响应分析和屈曲分析，涵盖了船舶结构CAE技术应用的多个方面[1]。
船体结构有限元分析是新船型开发中的主要内容之一，由于在实际的工程中，船体结构复杂，载荷形式多样，运用简单的经验公式和理论计算方法已无法满足设计要求，工程师在设计初期需要对船体结构刚度、强度和振动等力学特性有充分的认识，尽可能避免设计缺陷，因此，有必要采用有限元分析方法验证设计方案是否满足使用要求，提高船体结构的可靠性和安全性。
本文以某运输船的艏部舱段结构分析为例，利用HyperWorks强大的前后处理和结构分析功能，对其进行准静态分析，研究几何处理、有限元建模、载荷加载等关键技术，为类似复杂的船体结构分析提供一种新的思路和方法。
1 艏部舱段有限元模型1.1 AutoCAD与HyperMesh的无缝连接针对船舶独特的流线型和结构复杂的特点，AutoCAD作为一款优秀的平面建模软件，具有非常强的绘图能力，被广泛地用于船体制图。
船 舶 工 程集装箱船整船有限元结构分析上海交通大学船舶及海洋工程学院 白建伟 李润培 顾永宁 胡志强 摘 要 文章以一艘1700箱集装箱船为例,阐述了整船有限元结构分析方法。
先建立全船有限元模型和质量模型,再用三维流体动力计算程序进行波浪随机载荷的长期预报,并在此基础上导出设计波参数组,最后,在全船有限元模型上计算得出船体结构在各个设计波上的应力分布和变形结果,所得到的船体结构有限元分析结果对同类型集装箱船的设计和强度分析有一定的参考价值,对其它类型的船舶结构强度分析也有一定的借鉴意义。
关键词 集装箱船 船体结构强度 有限元方法 波浪诱导载荷 设计波 作者简介:白建伟,男,26岁,硕士研究生。
1 引言 集装箱船作为新型船舶之一,由于其结构上的特殊性—货舱的大开口,使得其在结构强度和变形等问题上不同于常规型的船舶。
要得到比较精确的变形和应力结果,必须使用合适的方法。
目前有两种方法可供选择:(1)变断面薄壁梁方法;(2)整船有限元结构分析方法。
其中,整船有限元方法是精度更高的一种方法。
但是,由于其工作量很大、涉及许多因素,并且对计算机软硬件有较高的要求,所以它的应用尚不广泛,尤其在国内开展此项分析的方法及手段尚不完善,因此笔者认为有必要在这方面进行研究和探讨。
2 全船有限元分析方法 全船有限元分析法就是将全船划分为若干个子结构,首先对于各主要构件按其受力状况分别建立膜、壳、梁、桁条等的有限元模型,这样可详尽地描述船体结构的各个细节,真实地表达出全船结构的协调关系与变化。
然后利用统计的方法求出波浪长期预报极值,确定反映长期极值概率特性的设计波。
最后求出设计波的波浪载荷,并施加到全船有限元模型上,通过大规模的有限元分析求解,求出各主要构件的实际变形与应力。
为表述清楚便利,现以一艘1700箱集装箱船为例来介绍整船有限元结构分析过程。
本文的分析计算工作均采用DNV 的结构分析软件SESAM 来完成。
例船船型资料:总 长 188.56m 结构吃水 10.50m 两柱间长 176.43m 设计吃水 9.00m型 宽 26.50m 航 速 20.40kn 型 深14.20m 方形系数0.679载重量25050t 2.1 全船有限元模型的建立对全船进行有限元分析,必须首先建立有限元模型。
探讨大开口对船体结构抗冲击性能的影响摘要:本文通过具体的数据和变化曲线介绍了大开口对船体结构抗冲击性能的影响，分别从舰艇抗冲击数值仿真工况选取分析、仿真模型计算应力点选取分析、相对应力的定义与说明、大开口结构强度数值仿真分析等方面加以具体说明，为船体的相关设计提供了借鉴关键词:舰艇; 抗冲击; 结构大开口; 结构强度; 应力储备系数中图分类号：c37 文献标识码：a 文章编号：舰艇在执行战略战术任务过程中难免会遭到敌方反舰武器攻击，其中鱼雷、水雷、炸弹等武器会引起舰艇的水下非接触爆炸冲击损伤。
目前，舰艇抗水下非接触爆炸冲击( 抗冲击) 研究的主要手段包括: 实船抗冲击试验、模型试验以及数值仿真分析等。
其中，由于数值仿真分析成本低廉、便于操作且精度基本可满足工程分析的要求，越来越受到研究者们的关注。
在各种舰艇仿真分析技术手段中，大型商用有限元动力学分析程序( 如abaqus、ansys /ls －dyna、msc/dytran 等) 越来越受到重视，并已被广泛应用于相关工程领域。
随着新技术的发展，舰艇对极端工况下的结构强度要求越来越高。
极端工况下船体所要承受的外载荷包括极限风浪载荷、水中兵器对船体结构的作用、弹性/刚性体( 其它舰艇、礁石等) 的接触作用等。
舰艇在设计过程中难免需要布置大开口结构，比如由于主机或武备的安装需要，水面舰艇的中部或其他部位的船体主甲板上可能有很大的开口，其中有些开口的宽度甚至达到该处甲板宽度的一半以上，深度可以延伸数层甲板。
这些大开口结构将严重影响舰艇的总纵强度和局部结构稳定性。
尤其是舰艇的主甲板，其作为船体结构的主要承力构件，当遭受水下非接触爆炸冲击后，受到拉伸和压缩的交变载荷作用，甲板大开口处就会产生应力集中现象，特别是在大开口角隅处，应力集中现象尤为显著。
本研究利用大型商用有限元动力学分析程序abaqus，采用声固耦合技术，以船体结构大开口角隅处为考核点，分析不同海况静水弯矩条件下，舰艇大开口结构受到水下非接触爆炸冲击载荷作用时动力学响应。
新造船检验案例分析（船体与焊接部分）案例：结构连续性－内底纵骨案例编号：H-01类别：船体结构问题：某集装箱船，为在货舱内装集装箱，内底采用埋入式人孔盖,埋入式人孔盖需开宽度为702mm的开口,此处纵骨间距为630mm,致使货舱区域4根内底纵骨在人孔处间断。
规范、公约要求：(1)钢规第2章规定：强力甲板以下0.4L区域内连续的纵向构件剖面积,均可计入船体梁剖面模数；(2)钢规第2章规定：双层底纵骨穿过非水密肋板时,应与肋板和该处肋板上垂直加强筋焊接,当纵骨在水密肋板处中断时,纵骨应以肘板与水密肋板连接；(3)钢规第一篇第三章规定：已批准图纸资料如有原则性修改或补充,申请单位应将修改或补充部分重新提交审查；(4)纠正措施：(5)由于设计时4根纵骨计入船体梁剖面模数,而间断后虽作了局部过渡处理,但已造成纵骨不再连续,因此应按规定重新出图送审；(6)技术设计图纸上没有内底板开设人孔的节点详图,未能暴露人孔处开口宽度大于纵骨间距的问题。
因此，船厂应有技术人员进行施工设计将类似问题解决在图纸上,不能随意施工(如本案开孔割断纵骨)；备注：纵骨不连续涉及总纵强度,现有局部过渡涉及判断构件连续性效果,属原则性修改,现场验船师应要求设计将修改图纸重新送审。
案例：舱口角隅案例编号：H-02类别：船体结构问题：建造方按自身习惯，擅自将舱口围板向下延伸，将舱口角隅改为两个方形，两个圆形。
主甲板在货舱口处的开口和货舱口角隅不符合图纸形状。
规范、公约要求：设计要求主甲板在货舱口处的开口为圆弧形/或抛物线形，货舱口的视角为方形，舱口围板止于主甲板，主甲板伸进舱口围板内。
纠正措施：按图进行返工。
备注：机舱的开口为同样要求。
舱口角隅为圆弧形时，需要使用加厚板；舱口角隅为符合规定的抛物线形时，可以不需要用加厚板；案例：舭肘板加强筋案例编号：H-03类别：船体结构问题：水平式双层底内底边板结构，在舭肘板趾端的双层底内肋板上未设垂直加强筋规范、公约要求：钢规第2篇第2章规定：如双层底内底边板为水平式时，则在舭肘板趾端的双层底内肋板上应设置垂直加强筋（如图所示）。
