三体船结构总纵极限强度研究

论文摘要

三体船具有高航速、高耐波性、总体性能好、生存能力强等优点,但其航速高,承受砰击载荷较大,且必须严格控制重量。为了在减轻重量的同时满足强度要求,主船体往往采用铝合金或高强度钢减小构件尺寸,因此三体船的强度储备不太大,高海况或高航速航行时,结构响应呈现出高度非线性,结构较常规船更易屈曲。所以需要合理评估总纵极限强度。论文的主要内容有:（1）梳理了船体板、加筋板单元的纵向受压屈曲失效模式,采用解析法、规范法和非线性有限元法对各失效模式下的加筋板单元极限强度进行了计算和对比分析,验证了非线性有限元法ABAQUS的合理性,从而为板架和船体梁的极限强度计算作准备。（2）本文指出船体大跨度甲板板架通常存在纵骨多跨失稳的现象,而SMITH方法仅考虑纵向结构在横向框架间的屈曲失效,有一定局限性,并分析了多跨失稳板架的应力-应变曲线,通过与横向框架间加筋板单元应力-应变曲线作对比分析,对SMITH方法的适用性作了探讨。同时研究提出了多跨失稳的大跨度甲板板架稳定性计算方法和优化设计方法,最后对三体船机舱区甲板板架的极限强度进行了计算和评估。（3）分别用SMITH渐进崩溃法、舱段非线性有限元法和全船非线性有限元法对三体船的船体梁极限强度作对比分析,并与试验结果作对比分析,对三体船总纵弯曲极限强度进行了评估,对三体船船体梁极限强度的特征以及片体产生的影响进行分析,从而为三体船的设计提供技术支撑。论文取得的主要创新成果如下:（1）对船体加筋板单元、板架结构和船体梁结构的极限强度计算方法进行了全面的探讨和对比分析。（2）研究提出了大跨度甲板板架的稳定性计算方法和优化方法,针对SMITH方法的局限性,研究纵骨多跨失稳时的应力-应变曲线,应用于三体船板架结构的设计和极限强度评估。（3）提出采用舱壁多点加载的全船有限元分析直接评估三体船的极限强度,使得外载荷分布和船体结构实际承载能力在同一模型中得到模拟,直接得到实船的极限强度薄弱部位和承载能力,从而克服了SMITH法和舱段有限元法将载荷和结构承载能力分两步计算再进行评估的局限性。（4）在国内首次对高性能三体船型的船体结构进行了总纵弯曲极限强度评估,得出三体船片体对船体梁极限强度的影响,指出三体船极限强度与常规船体相比的特殊性,为三体船的设计提供技术支撑。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 论文的意义和目的
• 1.2 国内外极限强度研究动态
• 1.2.1 船体梁极限强度理论研究的历史
• 1.2.2 船体极限强度试验研究历史
• 1.2.3 三体船发展及试验研究状态
• 1.2.4 目前船体梁极限强度研究状态
• 1.3 论文主要研究内容
• 第二章 三体船加筋板单元极限强度研究分析
• 2.1 引言
• 2.2 失效模式及计算模型
• 2.3 弹塑性屈服失效
• 2.4 梁柱屈曲失效
• 2.5 扭转屈曲失效
• 2.6 折边材或组合型材的腹板局部屈曲失效
• 2.7 扁钢腹板局部屈曲失效
• 2.8 板格屈曲失效
• 2.9 型材面板局部屈曲失效
• 2.10 各种屈曲模式的比较
• 2.11 小结
• 第三章 板架极限强度计算与优化
• 3.1 引言
• 3.2 大跨度板架的稳定性计算方法
• 3.2.1 理论方法计算甲板稳定性
• 3.2.2 有限元法
• 3.2.3 算例分析
• 3.3 大跨度板架的稳定性优化设计
• 3.4 三体船主甲板稳定性评估
• 3.4.1 不带片体的主甲板稳定性计算
• 3.4.2 带片体的主甲板稳定性计算
• 3.4.3 结果分析
• 3.5 板架应力应变曲线分析
• 3.6 小结
• 第四章 SMITH 法三体船极限强度研究
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理
• 4.3 Mars 软件计算步骤介绍
• 4.4 用 Smith 法计算三体船结构极限强度
• 4.5 小结
• 第五章 非线性有限元方法三体船极限强度研究
• 5.1 引言
• 5.2 非线性有限元极限强度计算方法介绍
• 5.2.1 定义材料性能
• 5.2.2 模型单元类型和网格尺寸
• 5.2.3 几何非线性
• 5.2.4 非线性计算方法－修正的弧长法
• 5.2.5 载荷加载方式和边界条件
• 5.2.6 初始缺陷
• 5.3 非线性有限元极限强度计算方法验证
• 5.3.1 Nishihara 模型
• 5.3.2 Reckling 模型
• 5.4 三体船极限强度舱段有限元分析
• 5.4.1 舱段计算结果
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 三体船极限强度全船有限元分析
• 5.5.1 全船有限元计算模型
• 5.5.2 纯弯曲状态计算
• 69 单个舱壁加载计算'>5.5.3 #⁶9 单个舱壁加载计算
• 5.5.4 模拟实船弯矩分布的多个舱壁加载计算
• 5.6 三体船极限强度结果分析与评估
• 5.6.1 计算和试验结果对比分析
• 5.6.2 三体船极限强度评估
• 5.7 小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文