船体梁结构水弹塑性分析方法研究

发布时间：2020-10-31 23:06

　　 在评估船体梁结构承载能力过程中,考虑结构变形与流体载荷之间相互作用能够更准确分析后极限强度过程行为,同时能更准确得到结构与波浪所组成系统达到稳态时对应塑性变形,即结构损伤程度。这种考虑到结构和流体相互耦合效应,分析结构所产生的弹性变形和塑性变形的方法称为水弹塑性方法。由于水弹塑性方法目前的试验模型为简单箱型梁模型,与实际船体有一定差距,且载荷为单一波,因此在本文中对复杂船体结构进行分析,考虑不同波高、频率的波浪载荷,分析其后极限强度范围内弯矩承载能力的变化,并对弯矩与相应情况下船体梁变形之间关系进行了研究,以合理的方式通过与承载能力和极端载荷有关的参数来阐明船体梁崩溃严重程度,并对船体梁载荷作用下响应过程进行了模拟,得到船体梁结构达到极限强度后发生崩溃的形式以及塑性变形的时历曲线,以期获得传体谅结构在静态、动态载荷作用下发生崩溃以及最终破坏程度的区别,模拟船体梁结构破坏模式,得到弯矩、转角时历曲线。为了进一步验证理论的合理性,本文进行了实船结构模型计算分析,并完成机理试验方案设计。主要研究内容如下:(1)采用解析方法对船体梁结构在极限载荷作用下发生崩溃行为过程建立力学模型,对结构弹性、塑性变形过程中破坏程度随时间变化进行求解。假设在崩溃过程中船体中部形成塑性铰,整个船体梁结构可视为由两个刚体结构和一个塑性铰结构组成的系统,模型中部塑性铰部分采用非线性转动弹簧模式。该转动弹簧反应出的弯矩和转角间的非线性关系能够代表船体梁结构发生崩溃时的行为。文中进一步针对求解过程中波浪及结构参数进行探讨分析。(2)对模型进行静载荷与动载荷的加载,分别对结构在中拱、中垂情况下应力响应以及弯矩、转角时历关系进行了说明,并将中拱、中垂的响应情况进行对比分析。在动载荷加载过程中对动载作用下船体梁结构破坏规律进一步归纳总结,分析动载与静载作用下船体梁结构所表现出弯矩、转角响应关系的区别。对动载荷的加载采用改变弯矩幅值、改变加载频率两种方式进行比较分析,对影响结构响应因素规律进行验证说明。(3)为了进一步验证水弹塑性方法的合理性,对船体梁结构在波浪作用下的崩溃行为进行机理试验方案的设计。文中针对船体梁水弹塑性理论设计缩比模型,中部梁结构满足产生变化规律要求,符合理论分析所需得到船体梁结构响应变化模式,且崩溃模型与实际船体结构响应模式保持一致。对所设计模型进行计算分析与验证,比较分析不同梁模型方案,确认中部梁模型设计的可行性,完成机理试验方案设计。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U661.43
【部分图文】：

图１．１威望号沉船事故??在船体梁结构极限强度研宄中，多数研究是以静极限强度理论体系为基础进行的。??这种研究方式将船体梁结构破坏视为单一极值弯矩作用下产生的响应过程。但在实际的??船体梁结构破坏过程中，多数是由多个极值载荷进行作用下的响应。因此，在研宄船体??破坏的过程中，在弹性理论的基础上，研究塑性破坏是十分必要的。在实际的情况下，??船体梁局部位置发生塑性变形，其余位置仍保持弹性状态，在这种情况下船体梁仍能够??具有一定的承载能力。对这一阶段船体梁承载能力的评估，是分析在后极限强度情况下??船体梁发生崩溃所产生的后果与风险的重要依据。对丁－在剧烈海浪下的船体，在其发生??崩溃的过程中，为了合理地评估船体梁发生崩溃的后果，需要了解船体梁在极端波浪荷??载作用下的后极限强度特性，包括船体梁的整体变形和运动。对于这一变形过程，可通??过船体梁的内力矩以及变形的角度之间的关系进行描述，这种关系曲线可以表明船体梁??承载能力的变化。??在己有的研究中，对于船体梁的研宄重点在达到极限强度之前的这一阶段，即在弹??

哈尔滨工程大学硕士学位论文??构本质上与他们之前研究中的箱式模型结构相同（图１．２所示），而他们所设计的中部连??接结构在实际船体结构上难以安装布置，因此还需要设计出一个新的结构装置连接模式??进行船体结构连接与设计。??图１．２大型浮体结构试验模型图??１．３论文主要工作??综上所述，在以往对船体梁结构承载能力的研究中，多数为对弹性阶段理论研宄，??在塑性阶段研究过程中，大多为对整体产生塑性变形结构的分析研宄，在实际研究过程??中需扩展到整体实船梁结构，即船体梁发生局部塑性变形这一问题的研宄。在已有试验??分析研宄中进行的为水弹塑性机理试验，将船体假定为两部分方形体，模型简单加载单??一。本文对实船结构进行模型设计，完成多种波浪载荷加载的试验设计分析。??本文研究的主要内容包括：通过力学分析建立船体梁水弹塑性变形理论体系，通过??理论得到的响应结果进行可以达到这种响应状态的模型设计

下的船体结构进行简化，对水弹塑性结构模型进行力学分析，得到结构变形规律。因此??在弹塑性问题的理论研究中，整个船体被分为两部分刚体模型，它们通过非线性旋转弹??簧连接在－起，如图２．１所示。为了方便起见，左右两侧的船体分别称为船体１和船体??２。旋转弹簧表示力矩与位移之间的非线性关系，包括弹性范围、极限强度、屈曲和屈??服引起的承载能力的降低、材料应变硬化引起的承载能力的增加以及卸载时弯曲刚度的??恢复。这种非线性关系后面进行了具体的说明。??＼?｜?，??ｈ?｜斷?咖１?Ｆｌ？??＿?Ｔ－?ｚ，，???ｅ２?［＇－－＇Ｉ?＇?＇?Ａ＊？?仏?／■一＇?Ｍ，ｋ?／?Ｓ，????Ｍｉｒ?＇＇?＾?Ｍｉａ?＇屬－??＼＇、、／叫丨?，，’’?Ｆ，胃??丨?＼?ｉ丨
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本文编号：2864637