复合载荷作用下船体极限强度计算研究

发布时间：2017-09-10 16:21

  本文关键词：复合载荷作用下船体极限强度计算研究

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【摘要】：不同于传统的以线弹性理论为基础的船体结构总纵强度校核方法，极限强度的定义由于考虑了局部构件的失效以及材料和几何非线性的影响，能更准确地对船体结构的强度储备进行评估，从而能在保证结构的安全性与可靠性的基础上，提高船舶材料的利用率。 现有的研究中对船体极限强度的计算大多围绕剖面结构的纯弯或纯扭极限强度进行，而没有考虑其他外载荷对船体结构的作用。但船体结构在航行过程中实际受到的是弯矩、扭矩、货物载荷、静水压力以及水动压力等多种外载荷的联合作用，，这些外载荷势必都会对船体的极限强度产生一定的影响。因此有必要对结构在复合载荷作用下的极限强度进行研究。围绕这一目的，本文采用非线性有限元法，在合理地考虑结构初始缺陷、边界条件、单元尺寸类型等影响因素的基础上，主要完成了以下几个方面的工作： 1）回顾了极限强度在船舶结构工程领域的发展历程，介绍了几种研究极限强度的常用方法，并对非线性有限元法的原理进行了详细地阐述； 2）介绍了加筋板结构的6种破坏模式，并对130m多用途江海直达船船底加筋板结构进行了复合载荷作用下的极限强度计算研究，探讨了双向轴压力和侧面压力对结构极限强度的影响； 3）对一经典箱型梁模型进行了纯弯极限强度的计算并与实验值进行了对比分析，验证了非线性有限元法求解结构极限强度问题的可靠性； 4）对同一经典箱型梁模型在弯扭组合载荷以及外部水压力的联合作用下的极限强度进行了研究，证明了外部水压力对于结构极限强度的影响，并拟合得到了极限弯矩和极限扭矩的关系式； 5）以130m多用途江海直达船舱段模型为研究对象，结合不同装载航行工况，对其进行了复合载荷作用下的极限强度计算研究，并在此基础上提出了一套有效地评估船体结构强度储备的计算方法。
【关键词】：复合载荷 极限强度 非线性有限元 加筋板 箱型梁 江海直达船
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 立题背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究概况11
• 1.3 船体极限强度计算方法概述11-15
• 1.3.1 直接计算法12
• 1.3.2 理想结构单元法12-13
• 1.3.3 逐步破坏法13
• 1.3.4 非线性有限元法13-15
• 1.4 本文的研究内容和研究方法15-16
• 第2章 非线性有限元法原理16-26
• 2.1 引言16-17
• 2.2 非线性有限元问题的分类17-19
• 2.2.1 材料非线性17-18
• 2.2.2 几何非线性18
• 2.2.3 边界非线性18-19
• 2.3 非线性有限元法原理19-26
• 2.3.1 迭代逼近法20
• 2.3.2 增量法20-21
• 2.3.3 牛顿—拉普森迭代法21-23
• 2.3.4 修正的牛顿—拉普森迭代法23
• 2.3.5 弧长法23-26
• 第3章 Equation Chapter 1 Section 3 复合载荷作用下加筋板极限强度研究26-40
• 3.1 引言26-27
• 3.2 加筋板失效模式27-29
• 3.3 加筋板极限强度有限元计算研究29-39
• 3.3.1 加筋板尺寸及材料属性29-30
• 3.3.2 加筋板有限元模型30-31
• 3.3.3 初始缺陷31-32
• 3.3.4 边界条件32-33
• 3.3.5 外载荷33-34
• 3.3.6 计算结果与分析34-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 Equation Section (Next) 复合载荷作用下箱型梁极限强度研究40-58
• 4.1 引言40
• 4.2 箱型梁极限强度有限元计算研究40-57
• 4.2.1 箱型梁模型尺寸及材料属性40-41
• 4.2.2 箱型梁有限元模型41-42
• 4.2.3 边界条件42
• 4.2.4 外载荷42
• 4.2.5 中垂纯弯作用下的极限强度研究42-44
• 4.2.6 弯扭组合作用下的极限强度研究44-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 复合载荷作用下江海直达船极限强度研究58-74
• 5.1 引言58-59
• 5.2 江海直达船极限强度有限元计算研究59-70
• 5.2.1 江海直达船结构尺寸及材料属性59-61
• 5.2.2 有限元模型61-62
• 5.2.3 边界条件62-63
• 5.2.4 外载荷63
• 5.2.5 纯弯极限强度研究63-65
• 5.2.6 不同工况下的极限强度研究65-68
• 5.2.7 弯扭极限强度研究68-70
• 5.3 极限强度衡准研究70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 6.1 创新点74
• 6.2 本文主要研究工作总结74-75
• 6.3 进一步的研究工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 万正权,徐秉汉,朱邦俊;弹塑性板壳结构非线性有限元分析[J];船舶力学;1997年01期

2 徐向东,崔维成,冷建兴,孙兆康,祁恩荣;箱型梁极限承载能力试验与理论研究[J];船舶力学;2000年05期

3 何福志,万正权;船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析[J];船舶力学;2001年05期

4 张爱锋,万正权;船体梁扭转极限承载能力的有限元分析[J];船舶力学;2004年05期

5 谭开忍;李小平;;船体结构极限强度研究进展[J];船舶;2006年05期

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7 贺双元;吴卫国;陆浩华;;运用MARC进行箱梁的极限强度分析[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2006年05期

本文编号：825349