船体构件开孔应力计算方法及优化设计

发布时间：2020-12-26 05:32

　　在船舶结构中,由于需要满足相关功能性要求及减轻结构重量等各种实际需求,不可避免地需要在一些结构的板材部分开孔。但是,当开孔板受到外载荷作用时,孔边会出现较高的应力值即产生应力集中现象,过高的孔边应力会导致板材进入屈服或产生裂纹,从而引起结构损伤并且降低结构的整体使用寿命。另外,随着船舶建造要求的不断提高,对船体结构开孔型式的需求也将趋于多样化,设计人员需要根据具体的受力情况以及建造要求,设计兼顾安全性和经济性的开孔形式及尺寸。但是船体安全性和经济性的要求常常是互相矛盾的,为了保证最后得到较优的设计结果,需要对结构进行优化设计。因此,研究船体构件开孔的应力分布情况及孔型结构优化方法,使得船体结构能够兼顾安全性和经济性的要求,对降低船体的建造成本,提高国内船厂的国际竞争力具有重要意义。本文以船体结构中常用的开孔薄板为研究对象,主要研究开孔薄板孔边应力分布情况,并基于BESO优化算法对孔型进行优化设计。首先整理开孔薄板应力函数的求解方法,基于有理映射法的理论,引入了新的变量提出了改进的映射函数公式,根据改进后的映射函数公式将单位圆映射得到了腰圆和圆角正方形,开发计算程序结合映射函数和应力函数... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：107 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 开孔板孔边应力分布问题
        1.2.2 结构拓扑优化
    1.3 本文主要工作
第二章 开孔薄板的平面应力问题的求解方法
    2.1 引言
    2.2 各向同性板弹性理论的平面问题
    2.3 无限板开孔应力函数的求解
    2.4 有限板开孔应力函数的求解
    2.5 本章小结
第三章 不同孔型映射函数的求解方法
    3.1 引言
    3.2 封闭折线组成的多边形—SC积分法
        3.2.1 带有矩形孔的区域
        3.2.2 带有正多边形的区域
        3.2.3 映射得到图形的圆角曲率
    3.3 封闭曲线—有理映射
        3.3.1 两种特殊情况
        3.3.2 改进的映射函数的性质分析
        3.3.3 改进的映射函数的应用—腰圆孔
        3.3.4 改进的映射函数的应用—圆角正方形
    3.4 本章小结
第四章 含不同孔型的开孔薄板孔边应力分布
    4.1 引言
    4.2 计算对象以及有限元模型
        4.2.1 计算对象
        4.2.2 有限元模型
    4.3 验证及分析
    4.4 计算结果及分析
        4.4.1 腰圆孔
        4.4.2 圆角正方形
    4.5 本章小结
第五章 BESO算法优化薄板的开孔形状
    5.1 引言
    5.2 传统BESO优化方法
        5.2.1 BESO方法的实现原理
        5.2.2 优化准则
        5.2.3 性能指标公式
        5.2.4 传统的BESO算法的实现步骤
        5.2.5 传统BESO算法的算例分析
    5.3 开孔薄板适用的BESO算法
        5.3.1 传统BESO算法的改进
        5.3.2 算例
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究工作总结
    6.2 展望
参考文献
附录1 改进的映射函数公式的MAPLE程序
附录2 SC积分法得到正多边形映射函数的MAPLE程序
附录3 SC积分法得到不同矩形映射函数的MAPLE程序
附录4 求解腰圆孔孔边应力的MAPLE程序
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢



本文编号：2939131