【摘要】：基于船舶極限狀態(tài)的設(shè)計理論可以更好的反映船舶的極限承載能力,相比于傳統(tǒng)的設(shè)計方法更加安全合理,但在艦船航行過程甲板常常會受到外部載荷作用,甲板結(jié)構(gòu)會因此產(chǎn)生裂紋、破損和變形等缺陷,會降低結(jié)構(gòu)承載而引發(fā)安全問題。因此在研究設(shè)計船舶的時候不能僅局限于完整結(jié)構(gòu)本身的極限強度,應(yīng)更多關(guān)注含有損傷結(jié)構(gòu)的極限強度。本文利用非線性有限元法,開展了T型梁和箱型梁完整艙段結(jié)構(gòu)和破損艙段結(jié)構(gòu)在彎曲和扭轉(zhuǎn)在作用下的極限強度研究,對比分析了不同裂紋破損模式和不同結(jié)構(gòu)初始變形對T型梁和箱型梁艙段結(jié)構(gòu)極限強度的影響,論文研究的主要內(nèi)容包括:(1)詳細闡述了船舶極限強度分析方法,基于Reckling No.23艙段模型,開展了非線性有限元迭代算法計算效率研究,對比分析了弧長法和準靜態(tài)法的計算精度和計算效率,獲得了保證高精度計算和高效計算的準靜態(tài)法加載速率。(2)以含裂紋損傷結(jié)構(gòu)為研究對象,對比分析了不同網(wǎng)格尺度對極限強度計算結(jié)果的影響,獲得了合理的含裂紋結(jié)構(gòu)計算網(wǎng)格尺度;(3)開展了考慮厚度影響的含裂紋艙段結(jié)構(gòu)極限強度研究,首次提出了考慮厚度影響的T型梁艙段結(jié)構(gòu)彎曲和扭轉(zhuǎn)極限強度評估公式;分析計算了不同厚度下含典型裂紋損傷的T型梁結(jié)構(gòu)在彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下的極限強度,基于準牛頓法(BFGS)和通用全局優(yōu)化法對極限強度分析結(jié)果進行擬合,得到了評估公式中相關(guān)參數(shù)。(4)利用非線性有限元法開展了T型梁和箱型梁完整艙段結(jié)構(gòu)及具有中心裂紋、雙邊裂紋、單邊裂紋等破損艙段結(jié)構(gòu)在彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下的極限強度計算,通過對比分析,獲得了不同破損模式下T型梁和箱型梁艙段結(jié)構(gòu)極限強度變化規(guī)律。(5)考慮箱型梁結(jié)構(gòu)與T型梁結(jié)構(gòu)的差異性,引入具有甲板缺陷、柱型缺陷和側(cè)移缺陷的初始變形特征模型,利用非線性有限元法開展了T型梁和箱型梁艙段完整艙段結(jié)構(gòu)和破損艙段結(jié)構(gòu)在彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷作用下的極限強度計算極限強度分析,通過對比分析,獲得了不同破損模式下考慮初始變形的T型梁和箱型梁艙段結(jié)構(gòu)極限強度變化規(guī)律。
【圖文】：

圖 1.1 常見穿透性裂紋Fig.1.1 Common penetrating cracks圖1.1表示的是具有穿透性裂紋的平板拉伸試驗，裂紋是船舶損傷中最為常見的一種。裂紋的成因有多種，碰撞、疲勞裂紋由小擴展到大、導(dǎo)彈打擊后飛片的擊穿等等，特別是對于艦船來說，若受到打擊則更易形成裂紋。在許多事故分析報告中，裂紋往往存在于這些事故船舶的行駛過程中，但未能對其影響結(jié)構(gòu)極限強度的能力加以重視，最后導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的事故產(chǎn)生。對于裂紋的研究是近年來一直沒有停止，到目前為止，關(guān)于含裂紋結(jié)構(gòu)的極限強度研究主要有兩個方面，一是在不考慮裂紋擴展的情況下，假設(shè)結(jié)構(gòu)存在確定長度參數(shù)和確定角度參數(shù)的直線裂紋，，二是考慮裂紋的擴展，研究裂紋擴展對極限強度的影響�；谶@兩個方面的裂紋理論

高計算效率，缺點是受邊界條件載荷模擬的真實度影響，計算結(jié)果精確度浮動較大。隨著有限元軟件的不斷發(fā)展其計算結(jié)果越來越精確，非線性有限元分析方法已經(jīng)從眾多方法中脫穎而出，成為最理想的方法。該方法的主要流程如圖2.1所示。其中對于非線性有限元法來說最重要的環(huán)節(jié)就是算法的選擇，它有三種不同的算法分別為弧長法、阻尼因子法和準靜態(tài)法。從求解本質(zhì)而言，弧長法和阻尼因子法是以結(jié)構(gòu)非線性靜態(tài)平衡方程式的求解（Newton-Raphson迭代法）為基礎(chǔ)，而準靜態(tài)方法是以結(jié)構(gòu)非線性運動方程式的顯式求解（中心差分法）為基礎(chǔ)[29]。P I 0（2.1）Mü P I（2.2）式中： 為載荷列陣； 為內(nèi)力列陣； 為質(zhì)量矩陣； 為加速度列陣。圖 2.1 非線性有限元分析流程Fig.2.1 Nonlinear finite element analysis flow chart非線性有限元分析方法是依托于大型通用有限元軟件存在的，而這些商業(yè)化的有限元軟件發(fā)展到現(xiàn)在，一般都是集前處理、劃分網(wǎng)格、加載、算法計算和后處理為一體，因此這樣模塊化的程序使得使用軟件的研究人員可以專心于對課題本身的研究。對于極限強度分析來說，只要合理地將影響因素轉(zhuǎn)化為參數(shù)進行設(shè)置，就能對船舶結(jié)構(gòu)的極限承載能力進行精?
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U661.43

【參考文獻】

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本文編號：2627656