考虑船冰挤压的冰区船舶极限强度研究

发布时间：2020-05-26 15:44

【摘要】：随着极地油气资源的开发,近年来国际上对于船舶在极地冰区的航行的研究日渐深入。一般认为设计在冰区中航行的船舶都称为冰区船舶。与常规船舶不同,冰区的复杂环境,尤其是海冰对于船体的挤压使冰区船舶面临更大的挑战。因此航行于极地冰区的冰区船舶在设计及其强度评估阶段需要考虑冰载荷作用下的船体极限强度。然而,传统的极限强度计算方法中并没有考虑挤压冰载荷对船体极限强度的影响。为了研究挤压冰载荷对冰区船舶的极限强度的影响,本文运用非线性有限元法对挤压冰载荷进行分析,进一步对冰载荷下加筋板的极限强度以及冰载荷下加筋板的轴向压缩极限强度进行了分析。在此基础上对挤压冰载荷下冰区船舶总纵极限强度进行了研究。具体的研究内容如下:(1)采用非线性有限元法计算了挤压冰载荷,与现有冰力公式计算和冰体挤压加筋板试验进行对比分析。计算结果表明:有限元法计算结果和冰力公式结果、实验结果吻合较好,运用该有限元法计算冰载荷是有效的。(2)采用非线性有限元法计算了挤压冰载荷下加筋板的极限强度,即加筋板仅在垂向受冰载荷作用时的极限强度。研究加筋板壳板长度、壳板厚度、腹板厚度、面板厚度、冰载荷加载面积、冰载荷加载位置等影响因素对冰载荷下加筋板极限强度的影响。计算结果表明:增加壳板长度会降低加筋板的极限强度;增加壳板厚度、腹板厚度和面板厚度会增加加筋板的极限强度。冰载荷加载面积增大会增加加筋板的极限强度,但当冰载荷加载位置靠近加筋板边界,其极限强度变大。(3)采用非线性有限元法计算了冰载荷下加筋板的轴向压缩极限强度,即加筋板在受挤压冰载荷作用的同时,受到轴向压缩载荷作用时的极限强度。选取冰载荷加载的大小、加载面积、加载位置为影响因素,分析冰载荷加载条件对冰载荷下加筋板轴向压缩极限强度的影响。计算结果表明:冰载荷大小逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐降低;冰载荷冰力值一定,加载面积逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度整体呈上升趋势;冰载荷加载位置距离加筋板中心点距离逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐增加。(4)建立冰区船舶舱段结构,通过IACS《极地船级要求》规范要求和有限元法计算舱段舷侧所承受挤压冰载荷,在此基础上,研究挤压冰载荷作用下冰区船舶结构在中垂和中拱状态的极限弯矩的变化规律。计算结果表明:挤压冰载荷的存在虽然降低了冰区船舶的整体极限强度,但降低幅度不大;挤压冰载荷的存在对冰区船舶局部结构的破坏比较明显。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.43

【参考文献】