基于理想结构单元法的船体结构极限强度分析

论文摘要

船舶结构的极限强度表征着船舶自身的极限承载能力,历来受到船舶力学领域的广泛关注和重视。经过多年的研究和发展,现已有多种计算船体极限强度的方法,其中,理想结构单元法(ISUM)相对于其它计算方法,具有计算时间短、精度较高等优点。因此,本文采用该方法对船体结构极限强度进行分析。本文基于ISUM方法的理论与思想,研究了三种用于分析船体极限强度的基本单元,即理想化梁柱单元、理想化矩形板单元和理想化加筋板单元,并且给出了以上三种单元的刚度计算公式及其详细推导。建立各种失效模式下的单元刚度矩阵,编写用于分析船体结构极限强度的计算程序,并探讨ISUM方法中不同结构单元的建模方式对计算结果的影响。对一系列典型箱型梁模型以及油船、散货船实船结构进行极限强度分析,提出了一套有效计算船体结构极限强度的简化方法。本文的程序解与实验值、有限元解进行比较,综合考虑程序的计算精度、计算时间和建模工作等因素,充分验证了该程序的可靠性、简单性及其快速性,可将此方法应用于船舶极限强度校核和评估中。通过灵敏度计算,对影响船体极限强度的几种主要参数进行了定量分析,考察这些参数对船体极限强度的敏感程度,为进一步船体结构设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 极限强度的研究方法及研究现状
• 1.2.1 直接计算法
• 1.2.2 逐步破坏法
• 1.2.3 非线性有限元法
• 1.2.4 理想结构单元法
• 1.2.5 模型试验法
• 1.3 极限强度研究方法的对比
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.4.1 主要研究方法
• 1.4.2 主要工作
• 第2章 理想结构单元法理论及应用
• 2.1 基本原理
• 2.1.1 塑性节点法基本思想
• 2.1.2 单元划分方式
• 2.2 理想结构单元法中各种单元公式推导
• 2.2.1 ISUM梁柱单元的刚度矩阵
• 2.2.2 ISUM矩形板单元的刚度矩阵
• 2.2.3 ISUM加筋板单元的刚度矩阵
• 2.3 算例分析
• 2.3.1 算例概述
• 2.3.2 讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于ISUM方法的典型算例分析
• 3.1 算法概述
• 3.1.1 程序的理论基础
• 3.1.2 程序的简要流程
• 3.2 典型箱形梁模型验证
• 3.2.1 Nishihara箱形梁模型
• 3.2.2 Dowling2箱形梁模型
• 3.2.3 Reckling23箱形梁模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 油船结构的极限强度分析
• 4.1 概述
• 4.2 船体梁极限强度分析过程
• 4.2.1 油船模型
• 4.2.2 油船结构的极限强度计算
• 4.2.3 极限强度的影响因素
• 4.2.4 灵敏度分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 散货船结构的极限强度分析
• 5.1 概述
• 5.2 船体梁极限强度分析过程
• 5.2.1 散货船模型
• 5.2.2 散货船极限强度计算
• 5.2.3 极限强度的影响因素
• 5.2.4 灵敏度分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A:梁柱单元的屈曲破坏公式
• 附录B:矩形板单元应力-应变矩阵
• 附录C:矩形板单元的弹性切线刚度矩阵
• 附录D:单元节点的屈服函数表达式
• 附录E:矩形板单元的弹塑性切线刚度矩阵
• 附录F:矩形板单元的大挠度变形
• 附录G:加筋板单元的屈曲模式
• 附录H:加筋板单元在不同屈曲模式下的弹性大变形理论
• 附录I:加筋板单元的极限强度计算公式
• 附录J:加筋板的后极限强度模式