铝合金带筋板的力学性能优化设计

论文摘要

铝合金带筋板是采用挤压工艺制成的含有型材的板,是含有一个方向相互平行的几根型材的平面结构。与由板和型材焊接成的同类平面结构相比,带筋板有着巨大的优越性。铝合金的挤压型材和整体壁板在高速船上的大量使用使得内河与海上运输的高速化、轻质化得到了极大的发展。随着高强度材料的广泛运用,船舶建造越来越趋向于使用由高强度材料组成的薄壁轻型构件,并且以拉应力为主要特征的结构强度不再成为主要问题,而以压应力为主要特征的结构稳定性在结构设计中反而更加突出了。结构因屈曲而丧失承载能力的现象日益突出,屈曲成为必须考虑的问题,屈曲以后结构的承载能力大大下降,变形急剧增大,往往造成灾难性的后果。从经济角度出发,在保证安全性前提下,如何最大限度降低结构材料消耗,已成为结构设计中一个亟待解决的重要课题。本文主要从满足铝合金高速船结构设计的要求出发,按强度及稳定性综合力学性能考虑设计铝合金带筋板,使得在不同的横向载荷范围都有适用的带筋板,在兼顾安全性与经济性的基础上进行铝合金带筋板尺寸的设计。主要研究工作如下：(1)以船体强度型材剖面设计的知识为基础,对铝合金带筋板的剖面尺寸进行初步设计,得到最佳的腹板高度、腹板和面板剖面积,得到初步的尺寸。(2)对承受轴向压力的铝合金带筋板进行有限元特征值屈曲分析,调整带筋板尺寸,以调整腹板高度为主,使得局部屈曲在整体屈曲之前发生,并且使整体屈曲的临界应力值比局部屈曲的临界应力值大20%；并对承受不同横向载荷的带筋板进行应力分析,保证其应力计算结果都具有相同的应力水平。根据这两方面最终设计出5种尺寸的铝合金带筋板。(3)对设计出的5种带筋板进行极限强度分析,将极限应力与整体屈曲的临界应力进行比较,进一步验证这5种尺寸的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金船
• 1.2 铝合金的应用
• 1.3 铝合金带筋板
• 1.3.1 带筋板的优越性
• 1.3.2 含有带筋板的船体结构设计中需要注意的问题
• 1.4 船体板的屈曲
• 1.5 和本课题有关的国内外研究现状分析
• 1.6 本文的研究内容和技术路线
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 第2章 带筋板受横向载荷时的最佳剖面设计
• 2.1 引言
• 2.2 具体材料简介
• 2.3 剖面设计基本理论
• 2.3.1 参数
• 2.3.2 剖面设计问题的一般提法
• 2.3.3 公式推导的基本思路
• 2.3.4 带筋板剖面设计的基本步骤
• 2.4 带筋板剖面设计结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 承受轴向压力下带筋板的屈曲特性
• 3.1 引言
• 3.2 参数
• 3.3 承受轴压的局部屈曲应力
• 3.4 承受轴压的整体屈曲应力
• 3.5 本章小结
• 第4章 带筋板有限元计算
• 4.1 引言
• 4.2 构件尺寸
• 4.3 承受轴向压力的带筋板的特征值屈曲计算
• 4.3.1 特征值屈曲分析计算模型
• 4.3.2 边界条件及加载方式
• 4.3.3 特征值屈曲计算
• 4.4 承受横向载荷的带筋板有限元应力计算
• 4.5 不同载荷范围下带筋板的设计尺寸
• 4.6 本章小结
• 第5章 设计带筋板的极限强度计算
• 5.1 引言
• 5.2 材料本构关系
• 5.3 极限强度分析计算模型及非线性设置
• 5.4 极限强度计算初始缺陷的取法
• 5.5 极限强度计算边界条件
• 5.6 带筋板极限强度计算结果
• 5.7 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
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文