开孔加筋板的强度和稳定性及其极限强度力学性能分析

论文摘要

在船体结构中,加筋板开孔不可避免,其应力集中问题早已受到了广大学者和船级社的关注。此外,随着对船舶安全性和经济性的深入研究,“极限强度”的概念被引入了船舶共同规范,使得人们对结构稳定性和极限强度的进一步研究成为必然。针对单轴拉压下的开孔加筋板,其强度和稳定性力学性能的研究,将为工程实践提供参考,具有重要的意义。本文主要采用有限元直接计算方法,对单轴拉压下开孔加筋板的应力集中、稳定性和极限强度等力学性能进行了系列结构分析。基于有限元数值计算的结果,提出了单轴压缩下开孔加筋板极限强度的预报公式,并且探讨了加筋板有限元分析中残余应力的模拟。其主要研究工作如下：(1)通过有限元方法计算了开孔加筋板拉伸时的应力分布,对比分析圆孔和腰圆孔两种加筋板的应力集中,并对加强后的应力集中问题进行讨论。(2)对开孔加筋板的有限元计算方法进行了讨论,包括模型的范围选取、网格划分、边界条件等问题,并总结合理的特征值屈曲和非线性有限元计算方案。按照确定的计算方案对开孔加筋板进行特征值屈曲系列计算,对比分析了圆孔和腰圆孔对加筋板屈曲强度的影响规律。(3)对单轴压缩下开孔加筋板进行非线性有限元系列计算,对比分析了圆孔和腰圆孔对加筋板极限承载能力的影响,基于非线性有限元计算的结果进行公式拟合,提出了开孔加筋板极限强度预报的计算公式,并对其进行误差分析。(4)讨论加筋板非线性有限元分析中残余应力的模拟,包括光板中残余应力模拟时其网格划分、横向残余应力对结果的影响、角钢和扁钢加筋板中残余应力的作用范围等问题,并总结了加筋板结构中残余应力的模拟方法,为后续的研究提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 与课题相关的国内外研究现状
• 1.2.1 开孔加筋板结构的应力集中
• 1.2.2 开孔加筋板结构的稳定性与极限强度分析
• 1.2.3 有限元法中残余应力的模拟
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第2章 开孔加筋板的应力集中
• 2.1 概述
• 2.2 应力集中的相关理论
• 2.2.1 开孔板的应力分析
• 2.2.2 应力集中的定义及其表征
• 2.3 开孔加筋板的有限元分析
• 2.3.1 开孔加筋板的有限元分析
• 2.3.2 圆孔加筋板与腰圆孔加筋板的应力集中
• 2.3.3 开孔加筋板与开孔光板的对比分析
• 2.3.4 开孔加筋板加强后的应力分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 开孔加筋板的稳定性分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 结构的屈曲分析
• 3.1.2 非弹性修正
• 3.2 加筋板的屈曲分析公式及极限强度公式
• 3.2.1 加筋板弹性屈曲计算公式
• 3.2.2 加筋板的极限强度计算公式
• 3.3 加筋板的有限元分析
• 3.3.1 有限元屈曲分析流程
• 3.3.2 加筋板有限元计算模型分析
• 3.3.3 有限元模型的计算结果分析
• 3.4 开孔加筋板的稳定性系列分析
• 3.4.1 开孔加筋板屈曲分析模型
• 3.4.2 开孔加筋板系列特征值屈曲分析结果
• 3.4.3 开孔对加筋板稳定性的影响
• 3.4.4 圆孔加筋板与腰圆孔加筋板对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 开孔加筋板的非线性有限元系列计算
• 4.1 非线性有限元计算的模型
• 4.1.1 非线性有限元计算流程
• 4.1.2 模型的初始缺陷
• 4.2 非线性有限元系列计算的尺寸设计与结果数据
• 4.2.1 系列计算的尺寸设计
• 4.2.2 开孔加筋板非线性有限元系列计算的结果数据
• 4.3 开孔加筋板极限强度结果分析
• 4.3.1 圆孔对加筋板极限强度的影响
• 4.3.2 腰圆孔对加筋板极限强度的影响
• 4.3.3 圆孔加筋板与腰圆孔加筋板的对比分析
• 4.4 开孔加筋板的极限强度计算公式拟合
• 4.4.1 数据曲线拟合的相关理论
• 4.4.2 开孔加筋板极限强度的计算公式拟合
• 4.4.3 开孔加筋板极限强度的计算公式误差分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 加筋板非线性有限元计算中残余应力的模拟
• 5.1 概述
• 5.1.1 加筋板中残余应力的形成
• 5.1.2 加筋板中残余应力的分布
• 5.1.3 有限元法中残余应力的模拟方法
• 5.2 单轴压缩下光板中残余应力的模拟
• 5.2.1 不同网格下残余应力计算结果
• 5.2.2 考虑横向残余应力下的计算结果
• 5.3 单轴压缩下加筋板残余应力的模拟
• 5.3.1 扁钢加筋板中残余应力的计算结果分析
• 5.3.2 角钢加筋板中残余应力的计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 论文研究工作的不足和展望
• 参考文献
• 致谢