基于非线性水弹性理论对HCSR船型的极限强度的可靠性研究
发布时间：2021-02-09 00:59
随着船舶主尺度与航速的日益增大,船舶在航行过程中受到的砰击、上浪等非线性因素的影响日益增大,传统的刚性理论不再适用,有必要将船体视为弹性体进行非线性的分析,本课题基于《协调共同结构规范》对船舶的极限强度校核进行研究分析,并提出一种可计及卷积作用和砰击力的三维非线性水弹性方法对波浪载荷进行预报,对比HCSR共同规范的规范值,对船舶的极限强度进行可靠性的验算,验证非线性水弹性方法的合理性。主要研究内容如下:1.基于新修订后的《协调共同结构规范》,对船舶梁的极限强度的计算方法进行研究分析,主要包括船体的极限承载能力,船体承受的载荷（垂向波浪载荷、垂向静水弯矩）以及船舶梁的校核公式等,利用逐步破坏法的理论对某散货船的船舯剖面进行计算承载能力的计算。2.研究非线性水弹性理论对船舶外载荷特别是波浪载荷的影响,通过对砰击上浪等非线性因素的考虑,提出一种可计及卷积作用和砰击力的三维非线性水弹性方法,并将规则波下该方法的计算值与传统的线性波浪载荷预报方法与实验值进行对比,验证非线性因素对波浪载荷的影响不容忽视。通过对某散货船进行有限元建模,利用非线性设计波法对船舶运动和波浪载荷进行长期预报,并同时利用H...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
swf参数分布图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-=LxLxLfxm,0.065.04.0,0.10,0.0其他位置的swf值可以通过插值法得到，如图2.2所示。图2-2swf参数分布图2.3船体梁极限承载能力船体梁的极限承载能力UM的物理意义表示在保证船体整体结构功能不完全失效的情况下，船舶梁所能承载的最大载荷大校取决于剖面结构构件的屈服极限，是承受静水载荷与波浪载荷的共同作用的弯曲能力。新修正的HCSR共同规范中主要建议使用逐步破坏法（增量迭代法）作为其计算船体梁极限承载能力UM的方法。逐步破坏分析法又称为Smith法，是目前较为常用的关于极限强度求解的方法，这种方法能够更好的考虑船体的一个结构载荷累加破坏的过程。逐步破坏分析法认为随着弯矩的逐渐扩大，横剖面上承载能力最低的构件先行出现屈曲、屈服等现象，但不会直接使整个构件崩溃，随着屈服构件数量的增多，整个剖面的承载能力会出现下降，但整个剖面依然不会迅速崩溃，随着载荷的幅值的增大，其结构强度下降的幅度也会加快，最后出现彻底崩溃。2.3.1基本假定在使用迭代方法时，一般需要做如下假设：（1）假定计算的横剖面位于其相邻两横框架间；（2）假定在每次曲率迭代的过程中，船体梁横截面都能保持平面的状
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-态；（3）假定材料的结构强度都是具有弹-塑性的特征；（4）假定船体可以被离散为相互独立的结构单元。迭代方法：通过计算在结构单元上的载荷求解不同曲率i下的弯矩iM，逐步递增迭代曲率，从而得到每次迭代过程中的对应单元的应力-应变曲线-。应力为各单元中各应力-应变曲线-最小值。不断持续迭加曲率进行计算，当符合以下等式时停止迭代过程。500.003YFynMEI=（2-9）式中MY——Y1M和Y2M之间的小者，(KNm)；315010YeHBnMRZ=；325010YeHDnMRZ=；即F的大小为FM曲线中的峰值大校图2-2FM曲线示意图2.3.2计算流程逐步破坏分析法的具体计算流程如下所示：（1）选定船体的危险区域的横剖面，一般认为船舯部分承受的载荷最大，因此横剖面主要集中选择在船舯舱段；（2）通过对船舯横剖面进行离散，建立对应的应力-应变曲线-，一般认为硬角单元刚度较大，不会发生屈曲失效等，而加筋板单元和扶强材单元等
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型试验与三维水弹性理论的船舶波激振动响应研究[J]. 汪雪良,顾学康,胡嘉骏. 船舶力学. 2012(08)
[2]破损船体的极限强度估算[J]. 代鲁平,杨平. 中国舰船研究. 2008(03)
[3]FPSO船体梁极限强度分析与有效生命期预报[J]. 郭昌捷,任刚,张道坤,马延德,侯颖. 大连理工大学学报. 2004(06)
[4]人工神经网络在结构可靠性中的应用[J]. 毛政良,张圣坤. 上海交通大学学报. 1997(11)
博士论文
[1]基于船舶总纵极限强度的可靠性研究[D]. 江晓俐.武汉理工大学 2005
硕士论文
[1]船舶水弹性非线性载荷及结构响应研究[D]. 汪延凯.哈尔滨工业大学 2017
[2]船舶总纵极限强度可靠性分析及相关影响因素研究[D]. 邹路遥.上海交通大学 2017
[3]碰撞损伤船舶极限强度非线性有限元分析方法研究[D]. 马俊.大连理工大学 2016
[4]船舶极限强度可靠性分析中结构要素提取及计算方法研究[D]. 赵晋.华中科技大学 2015
[5]逐步破坏法计算船体梁总纵极限强度[D]. 许明财.武汉理工大学 2003
本文编号：3024782
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
swf参数分布图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-10-=LxLxLfxm,0.065.04.0,0.10,0.0其他位置的swf值可以通过插值法得到，如图2.2所示。图2-2swf参数分布图2.3船体梁极限承载能力船体梁的极限承载能力UM的物理意义表示在保证船体整体结构功能不完全失效的情况下，船舶梁所能承载的最大载荷大校取决于剖面结构构件的屈服极限，是承受静水载荷与波浪载荷的共同作用的弯曲能力。新修正的HCSR共同规范中主要建议使用逐步破坏法（增量迭代法）作为其计算船体梁极限承载能力UM的方法。逐步破坏分析法又称为Smith法，是目前较为常用的关于极限强度求解的方法，这种方法能够更好的考虑船体的一个结构载荷累加破坏的过程。逐步破坏分析法认为随着弯矩的逐渐扩大，横剖面上承载能力最低的构件先行出现屈曲、屈服等现象，但不会直接使整个构件崩溃，随着屈服构件数量的增多，整个剖面的承载能力会出现下降，但整个剖面依然不会迅速崩溃，随着载荷的幅值的增大，其结构强度下降的幅度也会加快，最后出现彻底崩溃。2.3.1基本假定在使用迭代方法时，一般需要做如下假设：（1）假定计算的横剖面位于其相邻两横框架间；（2）假定在每次曲率迭代的过程中，船体梁横截面都能保持平面的状
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-态；（3）假定材料的结构强度都是具有弹-塑性的特征；（4）假定船体可以被离散为相互独立的结构单元。迭代方法：通过计算在结构单元上的载荷求解不同曲率i下的弯矩iM，逐步递增迭代曲率，从而得到每次迭代过程中的对应单元的应力-应变曲线-。应力为各单元中各应力-应变曲线-最小值。不断持续迭加曲率进行计算，当符合以下等式时停止迭代过程。500.003YFynMEI=（2-9）式中MY——Y1M和Y2M之间的小者，(KNm)；315010YeHBnMRZ=；325010YeHDnMRZ=；即F的大小为FM曲线中的峰值大校图2-2FM曲线示意图2.3.2计算流程逐步破坏分析法的具体计算流程如下所示：（1）选定船体的危险区域的横剖面，一般认为船舯部分承受的载荷最大，因此横剖面主要集中选择在船舯舱段；（2）通过对船舯横剖面进行离散，建立对应的应力-应变曲线-，一般认为硬角单元刚度较大，不会发生屈曲失效等，而加筋板单元和扶强材单元等
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模型试验与三维水弹性理论的船舶波激振动响应研究[J]. 汪雪良,顾学康,胡嘉骏. 船舶力学. 2012(08)
[2]破损船体的极限强度估算[J]. 代鲁平,杨平. 中国舰船研究. 2008(03)
[3]FPSO船体梁极限强度分析与有效生命期预报[J]. 郭昌捷,任刚,张道坤,马延德,侯颖. 大连理工大学学报. 2004(06)
[4]人工神经网络在结构可靠性中的应用[J]. 毛政良,张圣坤. 上海交通大学学报. 1997(11)
博士论文
[1]基于船舶总纵极限强度的可靠性研究[D]. 江晓俐.武汉理工大学 2005
硕士论文
[1]船舶水弹性非线性载荷及结构响应研究[D]. 汪延凯.哈尔滨工业大学 2017
[2]船舶总纵极限强度可靠性分析及相关影响因素研究[D]. 邹路遥.上海交通大学 2017
[3]碰撞损伤船舶极限强度非线性有限元分析方法研究[D]. 马俊.大连理工大学 2016
[4]船舶极限强度可靠性分析中结构要素提取及计算方法研究[D]. 赵晋.华中科技大学 2015
[5]逐步破坏法计算船体梁总纵极限强度[D]. 许明财.武汉理工大学 2003
本文编号：3024782
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