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破损舰船剩余强度评估方法研究

李陈峰  
【摘要】: 剩余强度是舰船结构生命力评估的重要内容,国外的军船规范已将其列入结构强度评估中,并与其它强度校核内容具有同等重要的地位,而国内现在还只是将其作为特殊问题单独考虑,相关规范未对破损舰船的强度校核作出明确规定,因此有必要建立一套适合破损舰船剩余强度评估的方法。本文对破损舰船剩余强度评估的几个基本问题进行了研究,主要工作内容如下: 1.结合破损舰船的特点,提出了在船体曲面NURBS表达的基础上确定破损舰船浮态的方法,并提出了基于RANS方程和VOF法的非定常粘性数值方法计算破舱区域的水动力系数并对全船的水动力系数进行修正的方法,进而在三维频域波浪载荷计算方法的基础上,提出了一种考虑破损舰船浮态的倾斜和破舱区域流场粘性效应的破损舰船波浪载荷计算方法。根据破损船遭遇的具体海况,提出了一套有别于完整船长短期分析的破损舰船海上滞留救援期间的波浪载荷预报方法,并对波浪载荷简化公式的建立进行了研究。 2.考虑破损舰船有效剖面的非对称性,基于Smith方法,建立了分析破损舰船剩余承载能力的简化逐步破坏方法。文中分析了破口沿船长的概率分布,对破口范围及失效区域的选取进行了定义;应用弹性大挠度理论和刚塑性分析法等建立了具有初始挠度的单元应力-应变关系曲线;基于梁的非对称弯曲理论给出了非对称破损剖面中和轴的确定方法。 3.基于非线性有限元法,结合船体破损机理和初始缺陷处理方法,考虑货物载荷、静水压力和水动压力等侧向载荷作用,建立一种计及侧向载荷影响的破损舰船剩余承载能力非线性有限元分析方法。 4.基于递增塑性破坏原则,研究了循环载荷作用下单元的平均应力-应变关系,考虑船体梁由于多次极值外载荷导致整体破坏,并参照Smith法的基本流程,建立了一种循环载荷作用下破损舰船剩余承载能力的分析方法,给出了相应的评估思路和处理办法,并与逐步破坏法和低周疲劳进行了比较研究。 5.从破损舰船的极限状态和破坏模式的研究入手,考虑剩余承载能力和外载荷的不确定性,结合可靠性分析方法,建立了破损舰船剩余强度的可靠性评估方法,并对破损舰船剩余强度简化评估方法(确定性评估方法)的建立进行了研究。 在上述工作的基础上,对某舰的剩余强度进行评估,通过计算可以发现可靠性方法计算破损舰船的失效概率能清晰地反映出舰船在破损情况下的残存能力,可以定量地给出海况、船体破损程度、浪向、航速等参数对残存能力的影响,是值得深入研究的方法。确定性方法计算简便,但是安全系数的选取需要通过大量的理论计算和试验及实船资料的分析才能确定。


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