铝合金舟体承载力的数值模拟研究

论文摘要

鉴于我军舟桥装备更新换代的迫切需要和铝合金材料应用于舟体结构的必然趋势,本文采用数值模拟方法,考虑材料和几何非线性,深入研究了铝合金舟体结构的承载力和破坏机理;考虑舟体抗沉性要求,探讨了填充泡沫铝合金舟体的承载力。本文主要工作和创新性成果如下:（1）在已有试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件,研究了三角形夹心铝合金甲板的承载力,深入讨论了边界条件的影响。结果表明:甲板边界条件对其承载力有较大影响,甲板的面板和底层板都宜与舷板固接。（2）拟定了铝合金舟体结构,建立了有限元分析模型,考虑材料和几何非线性以及静水压力的影响,分析了轮式荷载作用下铝合金舟体的屈曲模态和应力分布,得到了其破坏机理和承载能力。结果表明:铝合金舟体局部失稳后仍有很大的屈曲后承载能力,极限承载力主要由材料强度控制;静水压力对承载力有利,但影响很小,可以忽略。（3）通过改变挤压板材厚度和荷载位置,研究了舷板、隔板及端板厚度和荷载作用位置对舟体破坏机理和承载力的影响,确定了挤压板材的合理厚度。结果表明:荷载作用于隔板或端板附近时,舟体承载力可能由相应板件的失稳破坏控制;舷板和端板厚度对承载力影响较小,其合理厚度为7～8mm;隔板厚度对承载力影响较大,其厚度不宜小于9mm;拟定的铝合金舟体可以承担LT-120等级的轮式荷载。（4）采用非线性弹簧单元模拟泡沫,建立了填充泡沫铝合金舟体的有限元模型,研究了舟体破坏机理和承载力,分析了泡沫密度对舟体承载力的影响。研究表明:填充泡沫对舟体承载有利,承载力随泡沫密度增大而提高,但提高幅度较小;考虑舟体抗沉性和经济性,填充泡沫的密度应尽可能小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及选题依据
• 1.2 研究现状和发展趋势
• 1.2.1 薄壁箱形结构承载力研究综述
• 1.2.2 铝合金结构的研究现状
• 1.2.3 填充泡沫结构的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 铝合金甲板的极限承载力
• 2.1 极限承载力数值计算的理论基础
• 2.1.1 结构极限承载力
• 2.1.2 非线性有限元计算方法
• 2.1.3 基于ANSYS 软件的结构有限元计算
• 2.2 铝合金甲板试验简介及计算模型
• 2.2.1 试验简介
• 2.2.2 计算模型
• 2.3 数值模拟与试验的比较
• 2.3.1 甲板模型Ⅰ（履带荷载）
• 2.3.2 甲板模型Ⅱ（轮式荷载）
• 2.3.3 甲板模型Ⅲ（轮式荷载）
• 2.4 不同边界甲板破坏机理与承载力分析
• 2.4.1 特征荷载及破坏过程
• 2.4.2 屈曲模态与应力分布
• 2.4.3 讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 铝合金舟体设计与承载力分析
• 3.1 舟体结构与计算模型
• 3.1.1 舟体结构及尺寸
• 3.1.2 计算模型
• 3.2 舟体破坏机理及极限承载力分析
• 3.2.1 舟体破坏机理
• 3.2.2 静水压力对舟体承载力的影响
• 3.2.3 舷板和隔板厚度对承载力的影响
• 3.3 荷载作用位置对承载力的影响
• 3.3.1 荷载作用位置
• 3.3.2 计算结果及分析
• 3.3.3 隔板、端板厚度调整
• 3.4 正常使用状态下舟体的承载力
• 3.5 本章小结
• 第四章 填充泡沫舟体的承载力分析
• 4.1 舟体结构及计算模型
• 4.1.1 泡沫的选择及其本构模型
• 4.1.2 泡沫的等效弹簧模型
• 4.2 填充泡沫舟体破坏过程及机理分析
• 4.2.1 破坏过程
• 4.2.2 应力分布
• 4.3 泡沫密度对舟体承载能力的影响
• 4.3.1 破坏过程的比较
• 4.3.2 泡沫密度对舟体应力分布和变形的影响
• 4.3.3 舟体极限承载力与泡沫密度的关系
• 4.4 铝包泡沫舟体结构探讨
• 4.4.1 破坏过程与机理分析
• 4.4.2 讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与建议
• 5.1 总结
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果