横向加强构件作用下开口薄壁船体的振动分析

论文摘要

薄壁结构在当今船舶、桥梁与建筑工程中是一种比较普遍的结构形式,通常把薄板、壳体和薄壁截面组成的结构称为薄壁结构。与其它结构形式相比,在基于满足强度要求下,薄壁结构具有重量轻,强度大,能充分利用材料的特点,故薄壁结构广泛地应用于工程实践。当今,许多现代化的船舶都广泛使用薄壁结构这种形式,例如集装箱船等,这些船舶在进行结构分析时通常都被当作大开口薄壁梁来进行处理,此类船舶由于扭转刚度过小,产生了许多的问题,特别是在船体梁的弯扭耦合振动方面,必须要给予考虑。虽然三维有限元法可能会更加准确,但是其工作量很大,需要具备一定的条件,所以本文采用薄壁梁理论来分析船体的弯扭耦合振动,通过对动力微分方程的研究来最终确定船体的固有频率。本文主要介绍了薄壁船体的弯扭耦合振动问题,并在此基础上通过使用传递矩阵法来分析大开口薄壁船体中有横向加强构件作用下的结构振动问题。通过编制分析程序,和有限元法进行比较,进而来证实本文所述的方法的有效性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的理论意义和应用价值
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 本文的主要工作
• 2 薄壁梁的定义以及扇形几何特性
• 2.1 薄壁杆件的定义
• 2.2 薄壁截面的扇性几何特性
• 2.2.1 开口薄壁截面扇性坐标的定义
• 2.2.2 闭口薄壁截面扇性坐标的定义
• 2.2.3 其他扇性特性的定义
• 2.2.4 扇性特性的理论计算
• 2.2.5 闭口扇性坐标计算公式的推导
• 3 开口薄壁梁的扭转分析
• 3.1 矩形截面为狭长的自由扭转问题
• 3.2 开口薄壁杆件的自由扭转
• 3.3 开口薄壁杆件的约束扭转理论
• 3.3.1 开口薄壁杆件约束扭转的位移
• 3.3.2 开口薄壁杆件约束扭转的应力
• 3.4 闭口薄壁杆件约束扭转理论
• 乌曼斯基闭口薄壁杆件理论概述
• 4 开口船体的弯扭耦合振动分析
• 4.1 概述
• 4.2 用于计算船体振动特性的方法
• 4.2.1 一维梁单元
• 4.2.2 三维有限元模型
• 4.2.3 迁移矩阵法
• 4.3 应用传递矩阵法分析大开口船舶的振动特性
• 4.3.1 薄壁分析的理论依据
• 4.3.2 弯扭耦合振动方程的推导
• 5 横向加强构件影响作用下薄壁结构的分析问题
• 5.1 概述
• 5.2 横向构件稀疏（或刚度较小）作用下的薄壁开口杆件分析
• 5.2.1 两个基本假设
• 5.2.2 有横向加强构件的薄壁杆件的连续化解法
• 5.2.3 推导矩形加强板作用下的薄壁构件的圣维南扭转惯性矩的表达式
• 5.3 横向加强板刚度很大或密集分布的薄壁杆件分析计算
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 具有密集布置或者刚度较大的横向加强构件作用下的薄壁杆件的结构计算
• 5.3.3 具有横向加强板的薄壁杆件的约束扭转微分方程推导
• 5.4 两种不同方法下薄壁杆件的惯性矩计算结果比较
• 5.5 有矩形横向加强板的大开口船体的振动分析
• 5.6 算例分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢