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舱段极限强度试验模型设计研究

谢仲安  
【摘要】: 在强力甲板上设置纵向箱型梁是一种比较新颖的结构加强型式,其对船体纵向极限强度的贡献大小以及对结构的极限崩溃过程影响程度目前研究不够充分,还没有较为准确的方法预报其极限载荷。 模型试验是研究船体结构极限强度的重要方法之一。采用缩尺模型,可以减小试验难度,降低试验成本。通过试验,可以直观地观察舱段结构在外载作用下,从局部到整体,逐步渐进的崩溃过程。对于舱段模型极限强度问题,由于存在着众多非线性因素的干扰,直接采用方向性量纲分析(相似理论的数学方法)所得到的结果会与实际情况发生较大的偏差,所以,舱段极限强度模型试验的目的主要在于验证非线性有限元数值模拟方法和基于梁-柱理论的理论预报方法的准确性或对现有的方法作适当修正。 论文研究工作的主要内容和结论如下: (1)明确舱段模型的设计准则和限制条件,结合舱段结构极限强度的相关理论知识,设计设置纵向箱型梁的舱段极限强度试验模型。给出两个模型设计方案:设置纵向箱型梁的甲板板架模型方案和舱段模型方案; (2)运用梁-柱理论和非线性有限元数值方法分别对两个模型设计方案的极限强度进行预报。两种预报方法得到的结果比较相近,尤其是针对板架模型方案的预报,两者相差不足5%; (3)介绍相似理论的基本定理以及量纲分析方法,并通过舱段模型实例,说明如何在结构响应处于线弹性范围的前提下,运用方向性量纲分析方法将模型结果推广到原型上去; (4)归纳结构非线性问题的分类,舱段模型极限强度试验中存在的非线性因素以及这些非线性因素对方向性量纲分析结果的影响。从方向性量纲分析方法本身的局限性、极限强度问题的特点以及现象相似这三个角度,分析舱段极限强度问题中的非线性因素影响方向性量纲分析结果的原因; 本文初步设计了舱段极限强度试验模型,为舱段模型极限强度试验做了一些准备工作。除此之外,论文还对相似理论在舱段极限强度问题中的应用进行了一番初步探讨,回归得到了适用于舱段模型试验的修正公式。虽然该修正公式还存在着不足,但为解决相似理论在舱段极限强度问题提供了一种方法,可以为以后的工作提供参考。


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