薄壁结构截面剪切特性计算与加筋研究

发布时间：2017-10-23 21:35

  本文关键词：薄壁结构截面剪切特性计算与加筋研究

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【摘要】：随着世界航运业的发展与我国海军“从浅蓝走向深蓝”的战略部署,对于船舶航速的要求越来越高,对于商用船舶来说,船舶航速的提高就意味着更高的经济收益,而对于军用舰艇,更快的航行速度意味着更加强大、持久的战斗力与更加优秀的生存能力。随着双体船、三体船及一些非对称高速船型的发展,船体横剖面的形状越来越趋于复杂。对于现有的船舶工程计算领域来说,一般采用近似的铁木辛柯梁方法,以船体剖面在船宽、型深两个方向上的投影面积为剪切修正面积。但是这种方法并没有考虑剪力滞后的影响,计算结果与实际相差较大。本文将采用等效静矩方法来考虑剪力滞后的影响,从而精确计算剖面的剪切修正面积。 国内对于船体剖面剪切修正的精确计算仍然处于空白,若船舶需要对剪切流进行计算,就需要从DNV等船级社高价购买相关软件。国内研究学者对于类似船体剖面的薄壁断面剪切流计算已经进行了比较充足的理论推导,本文就尝试利用C++语言来编写相关程序。但是对于薄壁结构加筋剪切研究这一领域,已有的按照集中面积加筋方法存在着比较大的理论缺陷,在计算时忽略了加筋结构截面形状的影响。作为本文的主要创新点,作者试图推导一种新的方法来进行薄壁加筋结构的剪切计算。 本文主要的研究目的有以下两个： 一是利用编程语言对类船体剖面剪切特性进行精确数值计算,并与实际工程应用中的投影面积比较,确定相关的修正系数。 二是对加筋薄壁结构剪切计算进行相关理论推导与数值计算推导,并编写相关程序。 本文计算结果发现,对于未加筋船体剖面,某一方向上的剪切面积修正系数随着该方向的单元构件数增多而减小。对于加筋船体剖面来说,本文推导的分汇流法与原有的集中面积法在计算中各有优劣,由计算结果可以看出加筋对于船体剖面剪切计算的影响不可以忽略。
【关键词】：薄壁结构 剪切 加筋 编程
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-13
• 1.2.1 薄壁梁理论的发展11-12
• 1.2.2 图论的介绍12-13
• 1.2.3 加筋薄壁结构剪切特性的计算13
• 1.3 本文的主要研究内容13-14
• 2 各类剪切应力概述14-29
• 2.1 弯曲剪应力14-18
• 2.1.1 开口薄壁梁断面弯曲剪应力计算14-16
• 2.1.2 单闭室薄壁梁弯曲剪应力计算16-17
• 2.1.3 多闭室薄壁梁弯曲剪应力和对应的弯曲中心计算17-18
• 2.2 扭转剪应力18-24
• 2.2.1 等断面薄壁梁的自由扭转计算18-21
• 2.2.2 狭长矩形断面的自由扭转计算21-22
• 2.2.3 单闭室薄壁断面的自由扭转计算22-23
• 2.2.4 多闭室薄壁断面的自由扭转计算23-24
• 2.3 薄壁断面的约束扭转24-28
• 2.3.1 开口薄壁杆件的翘曲计算24-25
• 2.3.2 闭口薄壁杆件的翘曲25
• 2.3.3 开口薄壁梁的约束扭转25-27
• 2.3.4 开口薄壁断面扇性几何特性计算27-28
• 2.3.5 闭口薄壁梁的约束扭转28
• 2.3.6 闭口梁截面扇性剪应力计算28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 薄壁断面剪切特性数值计算方法29-42
• 3.1 剖面剪切特性计算的矩阵表达29-34
• 3.1.1 扇性坐标计算方法29-31
• 3.1.2 布雷特剪流(自由扭转剪流)数值运算31-32
• 3.1.3 弯曲剪流数值计算32-34
• 3.1.4 二次剪流(扇性剪流)的数值运算34
• 3.2 运用图论算法计算薄壁断面剪切特性34-38
• 3.2.1 图论概述34-35
• 3.2.2 若干图论矩阵的引入35-38
• 3.2.3 在数值计算中利用的图论两个重要结论38
• 3.3 扇性坐标值图论推导38-40
• 3.4 布雷特剪流的图论计算40
• 3.5 弯曲剪流及二次剪流的图论计算40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 4 薄壁断面的加筋处理42-48
• 4.1 按集中面积加筋处理方法42-45
• 4.1.1 按面积加筋对断面扇性坐标的影响42-43
• 4.1.2 按面积加筋对扇性剪流与弯曲剪流的影响43-45
• 4.1.3 按集中面积加筋方法的思考45
• 4.2 分汇流方法对薄壁断面进行加筋处理45-47
• 4.2.1 分汇流法思想介绍45-46
• 4.2.2 分汇流加筋方法的图论计算46-47
• 4.3 本章小结47-48
• 5 船体剖面剪切特性数值计算算例48-61
• 5.1 编程思想概括49
• 5.1.1 编程语言的选择及流程图49
• 5.2 未加筋断面计算49-58
• 5.2.1 闭口船舶断面的计算49-56
• 5.2.2 开口船舶断面计算56-58
• 5.3 加筋断面计算58-60
• 5.3.1 按集中面积加筋计算58-59
• 5.3.2 按分汇流法加筋计算59-60
• 5.3.3 两种计算方法比较60
• 5.4 本章小结60-61
• 6 论文总结与展望61-63
• 6.1 论文总结61
• 6.2 相关工作展望61-63
• 参考文献63-65
• 附录A 船体剖面各单元剪切应力计算结果65-77
• 附录B 节点与单元类定义及成员函数代码77-81
• 致谢81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 吴秀水;考虑剪切变形的薄壁杆件分析[J];工程力学;1993年01期

2 辛克贵,王书纯;考虑剪切变形的薄壁杆件稳定分析[J];工程力学;2000年01期

3 ;GEOMETRICALLY NONLINEAR FINITE ELEMENT MODEL OF SPATIAL THIN-WALLED BEAMS WITH GENERAL OPEN CROSS SECTION[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2009年01期

4 杨绿峰;任晓军;陈建芳;祝云琪;;有限元法研究闭口薄壁杆件约束扭转[J];广西大学学报(自然科学版);2008年01期

5 胡毓仁,陈伯真;一种新的薄壁杆件单元扭转刚度矩阵[J];计算结构力学及其应用;1988年03期

6 胡毓仁;图论在薄壁杆件结构计算中的应用[J];上海交通大学学报;1989年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王兆强;考虑剪切变形影响的薄壁钢梁分析方法与应用[D];上海交通大学;2012年

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本文编号：1085506