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基于全寿命周期的船体极限强度计算方法研究

谢天  
【摘要】: 船体极限强度就是船体结构抵抗整体崩溃的最大能力。基于全寿命周期的船体极限强度计算分析,对评估船体结构的真实安全余量随时间的变化,对充分合理利用材料、减轻船体重量、降低制造和维护成本、增加装载能力,都有重要的意义。 基于全寿命周期的船体极限强度计算方法,就是要考虑船体结构从设计、建造、运营直至退役整个生命周期中船体结构的极限强度随时间的变化,从而为设计、建造、维护提供技术支撑。上述结构极限强度指的是完整结构的极限强度,随着运营时间的增长,船体结构由于腐蚀、疲劳损伤使得船体结构的极限强度随时间发生变化,考虑结构破损、断裂和腐蚀的情况显得更加重要,船体的极限强度是一个时变问题,因此有必要研究带损伤船体结构的极限强度计算问题。 本文以Smith方法为基础研究全寿命周期内船体结构极限强度随时间变化计算方法,对影响船体极限强度的时变因素如腐蚀损伤、疲劳裂纹损伤等做了深入的讨论分析,对单向拉伸载荷作用下含裂纹缺陷板和加筋板结构的极限强度的影响参数做了无量纲参数化分析,给出含任意位置裂纹板和含复杂裂纹加筋板的极限强度评估方法;并对综合考虑了多种时变效应情况下的船体极限强度计算方法进行了有限元计算验证和实例验证。初步建立了基于全寿命周期船体极限强度计算方法和配套软件。 本文的研究工作表明:Smith方法能够很好的描述船体结构的崩溃模式,准确计算船体极限强度,具有很好的精度。腐蚀损伤和疲劳裂纹损伤等时变影响因素能够很好的在Smith方法中得以量化。通过实例和有限元计算结果验证表明该方法具有很好的适用性和应用前景。


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