在評估船體梁結(jié)構(gòu)承載能力過程中,考慮結(jié)構(gòu)變形與流體載荷之間相互作用能夠更準確分析后極限強度過程行為,同時能更準確得到結(jié)構(gòu)與波浪所組成系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時對應塑性變形,即結(jié)構(gòu)損傷程度。這種考慮到結(jié)構(gòu)和流體相互耦合效應,分析結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形的方法稱為水彈塑性方法。由于水彈塑性方法目前的試驗模型為簡單箱型梁模型,與實際船體有一定差距,且載荷為單一波,因此在本文中對復雜船體結(jié)構(gòu)進行分析,考慮不同波高、頻率的波浪載荷,分析其后極限強度范圍內(nèi)彎矩承載能力的變化,并對彎矩與相應情況下船體梁變形之間關(guān)系進行了研究,以合理的方式通過與承載能力和極端載荷有關(guān)的參數(shù)來闡明船體梁崩潰嚴重程度,并對船體梁載荷作用下響應過程進行了模擬,得到船體梁結(jié)構(gòu)達到極限強度后發(fā)生崩潰的形式以及塑性變形的時歷曲線,以期獲得傳體諒結(jié)構(gòu)在靜態(tài)、動態(tài)載荷作用下發(fā)生崩潰以及最終破壞程度的區(qū)別,模擬船體梁結(jié)構(gòu)破壞模式,得到彎矩、轉(zhuǎn)角時歷曲線。為了進一步驗證理論的合理性,本文進行了實船結(jié)構(gòu)模型計算分析,并完成機理試驗方案設計。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用解析方法對船體梁結(jié)構(gòu)在極限載荷作用下發(fā)生崩潰行為過程建立力學模型,對結(jié)構(gòu)彈性、塑性變形過程中破壞程度隨時間變化進行求解。假設在崩潰過程中船體中部形成塑性鉸,整個船體梁結(jié)構(gòu)可視為由兩個剛體結(jié)構(gòu)和一個塑性鉸結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng),模型中部塑性鉸部分采用非線性轉(zhuǎn)動彈簧模式。該轉(zhuǎn)動彈簧反應出的彎矩和轉(zhuǎn)角間的非線性關(guān)系能夠代表船體梁結(jié)構(gòu)發(fā)生崩潰時的行為。文中進一步針對求解過程中波浪及結(jié)構(gòu)參數(shù)進行探討分析。(2)對模型進行靜載荷與動載荷的加載,分別對結(jié)構(gòu)在中拱、中垂情況下應力響應以及彎矩、轉(zhuǎn)角時歷關(guān)系進行了說明,并將中拱、中垂的響應情況進行對比分析。在動載荷加載過程中對動載作用下船體梁結(jié)構(gòu)破壞規(guī)律進一步歸納總結(jié),分析動載與靜載作用下船體梁結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出彎矩、轉(zhuǎn)角響應關(guān)系的區(qū)別。對動載荷的加載采用改變彎矩幅值、改變加載頻率兩種方式進行比較分析,對影響結(jié)構(gòu)響應因素規(guī)律進行驗證說明。(3)為了進一步驗證水彈塑性方法的合理性,對船體梁結(jié)構(gòu)在波浪作用下的崩潰行為進行機理試驗方案的設計。文中針對船體梁水彈塑性理論設計縮比模型,中部梁結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)生變化規(guī)律要求,符合理論分析所需得到船體梁結(jié)構(gòu)響應變化模式,且崩潰模型與實際船體結(jié)構(gòu)響應模式保持一致。對所設計模型進行計算分析與驗證,比較分析不同梁模型方案,確認中部梁模型設計的可行性,完成機理試驗方案設計。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U661.43
【部分圖文】：

圖１．１威望號沉船事故??在船體梁結(jié)構(gòu)極限強度研宄中，多數(shù)研究是以靜極限強度理論體系為基礎進行的。??這種研究方式將船體梁結(jié)構(gòu)破壞視為單一極值彎矩作用下產(chǎn)生的響應過程。但在實際的??船體梁結(jié)構(gòu)破壞過程中，多數(shù)是由多個極值載荷進行作用下的響應。因此，在研宄船體??破壞的過程中，在彈性理論的基礎上，研究塑性破壞是十分必要的。在實際的情況下，??船體梁局部位置發(fā)生塑性變形，其余位置仍保持彈性狀態(tài)，在這種情況下船體梁仍能夠??具有一定的承載能力。對這一階段船體梁承載能力的評估，是分析在后極限強度情況下??船體梁發(fā)生崩潰所產(chǎn)生的后果與風險的重要依據(jù)。對�。趧×液＠讼碌拇w，在其發(fā)生??崩潰的過程中，為了合理地評估船體梁發(fā)生崩潰的后果，需要了解船體梁在極端波浪荷??載作用下的后極限強度特性，包括船體梁的整體變形和運動。對于這一變形過程，可通??過船體梁的內(nèi)力矩以及變形的角度之間的關(guān)系進行描述，這種關(guān)系曲線可以表明船體梁??承載能力的變化。??在己有的研究中，對于船體梁的研宄重點在達到極限強度之前的這一階段，即在彈??

哈爾濱工程大學碩士學位論文??構(gòu)本質(zhì)上與他們之前研究中的箱式模型結(jié)構(gòu)相同（圖１．２所示），而他們所設計的中部連??接結(jié)構(gòu)在實際船體結(jié)構(gòu)上難以安裝布置，因此還需要設計出一個新的結(jié)構(gòu)裝置連接模式??進行船體結(jié)構(gòu)連接與設計。??圖１．２大型浮體結(jié)構(gòu)試驗模型圖??１．３論文主要工作??綜上所述，在以往對船體梁結(jié)構(gòu)承載能力的研究中，多數(shù)為對彈性階段理論研宄，??在塑性階段研究過程中，大多為對整體產(chǎn)生塑性變形結(jié)構(gòu)的分析研宄，在實際研究過程??中需擴展到整體實船梁結(jié)構(gòu)，即船體梁發(fā)生局部塑性變形這一問題的研宄。在已有試驗??分析研宄中進行的為水彈塑性機理試驗，將船體假定為兩部分方形體，模型簡單加載單??一。本文對實船結(jié)構(gòu)進行模型設計，完成多種波浪載荷加載的試驗設計分析。??本文研究的主要內(nèi)容包括：通過力學分析建立船體梁水彈塑性變形理論體系，通過??理論得到的響應結(jié)果進行可以達到這種響應狀態(tài)的模型設計

下的船體結(jié)構(gòu)進行簡化，對水彈塑性結(jié)構(gòu)模型進行力學分析，得到結(jié)構(gòu)變形規(guī)律。因此??在彈塑性問題的理論研究中，整個船體被分為兩部分剛體模型，它們通過非線性旋轉(zhuǎn)彈??簧連接在－起，如圖２．１所示。為了方便起見，左右兩側(cè)的船體分別稱為船體１和船體??２。旋轉(zhuǎn)彈簧表示力矩與位移之間的非線性關(guān)系，包括彈性范圍、極限強度、屈曲和屈??服引起的承載能力的降低、材料應變硬化引起的承載能力的增加以及卸載時彎曲剛度的??恢復。這種非線性關(guān)系后面進行了具體的說明。??＼?｜?，??ｈ?｜斷?咖１?Ｆｌ？??＿?Ｔ－?ｚ，，???ｅ２?［＇－－＇Ｉ?＇?＇?Ａ＊？?仏?／■一＇?Ｍ，ｋ?／?Ｓ，????Ｍｉｒ?＇＇?＾?Ｍｉａ?＇屬－??＼＇、、／叫丨?，，’’?Ｆ，胃??丨?＼?ｉ丨
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本文編號：2864637