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抗损结构中构件扭转稳定性(构件屈曲强度)分析

宋书博  
【摘要】: 结构强度分析的一个重要分支——结构的屈曲强度(稳定性),是一门十分复杂的,但对保证结构的安全也是极为重要的研究课题。随着科学技术的发展,高强度材料的不断涌现和应用,材料强度已不再成为主要的问题,而结构稳定性反而更加突出了。 关于船舶结构的稳定性主要有两个方面的内容,即取决于甲板或船底结构总纵弯曲屈曲和舱壁扶强材在弯矩作用下的侧向扭转屈曲。总纵弯曲屈曲在船舶结构稳定性研究中,是研究得最多的,也是最重要的课题,它将关系到船舶的总体生命力。主要是研究船舶在总纵弯矩作用下的船体结构抗总纵弯曲的极限承载能力。舱壁扶强材会因船体的垂向压力和作用在舱壁上的横向载荷过大而屈曲。虽然后者的重要性稍逊于前者,但在民用船舶如隔舱装载的情况下,也会对船体结构的安全构成威胁。 如果要求在保证结构安全的前提下节省材料,就需要准确、可靠的计算方法,同时还要求在使用这种计算方法时能尽量发挥材料的潜力。换句话说,要将结构的屈曲极限应力尽量提高到接近材料的屈服极限。极限应力的提高,无疑能做到最大限度的发挥材料的潜力。 本课题研究了船体上甲板加强筋在受压时的稳定性问题,并在计算中考虑了扭转对构件失稳的影响,并采用多种方法对同一构件进行对比分析(薄壁结构力学方法、经验公式、有限元方法),评估其优劣;本课题还对舱壁扶强材在侧向压力的作用下的稳定性进行分析和评估了考虑侧向压力和屈曲模式影响下纵向受压板架加强筋屈曲临界应力公式。 而对如何提高船体的生命力问题上,一直是国内外专家最关注的问题之一,学者们提出了隐身设计,模块化设计等新技术提高舰船的生命力。为了提高船体的强度,专家们也提出了一些新的设计方案,比如德国的123型护卫舰上装有3根首尾相连的箱型梁和6道相互绝缘的双层隔壁。强固的箱型梁对武器破坏效应具有足够的抵抗能力,即使其中的1根箱型梁受到直接的命中而断裂,其余2根仍能保证舰体的纵强度。这种箱型梁对纵向设置的电缆还能提供保护。牢靠的双层隔壁具有防气浪冲击和防碎片杀伤的突出能力,从而构成一道道阻尼爆炸的内部屏障,采用箱型梁和双层隔壁构造,使船体结构具备了更好的抗爆能力。123舰具备承受最大的装药150千克的导弹一次命中的抗打击能力,而一般护卫舰还不能承受50千克的装药的一次导弹打击。 本课题主要研究了在某船上加装箱形抗损结构的改装方案,比较了船体结构改装前后船体剖面极限扭矩,分析了箱型抗损结构对于提高船舶生命力的作用。


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