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船体极限强度与破损剩余强度非线性有限元分析

高本国  
【摘要】:国际船级社协会(IACS)2006年颁布的船舶共同结构规范(Common Structural Rules,简称CSR)将“极限强度”的概念引入到双壳油船和散货船两大主力船型的强度衡准中,并规定高级非线性有限元计算模型可用于船体梁极限能力的评估,但评估细节并未出台。 然而CSR实施的道路并非一帆风顺,该规范出台后便受到业界许多方面的质疑,IACS旗下各大船级社开始达成共识,在不断更新的技术背景下,或将推出协调后的共同结构规范(Harmonized Common Structural Rules,简称HCSR)。 HCSR除了修正CSR中关于有限元技术、高级屈曲以及极限强度的某些细节,还将引入结构冗余度、剩余强度等以前规范中没有的要求。 本文的研究内容主要分为两个部分:(1)研究非线性有限元评估船体极限强度的方法和影响因素;(2)研究破损剩余强度的评估准则。 第一部分的主要内容是应用通用有限元软件MARC计算船体梁极限强度,其中通过ANSYS对船体结构施加引发最小临界失效模式的几何缺陷(初始挠度)。计算过程中详细探究了初始缺陷、网格规模、模型范围、单元类型、边界条件等影响因素。 第二部分主要介绍了两类评估船体破损剩余强度的指标,并基于破损船极限强度与载荷的指标,通过非线性有限元手段,实现对某集装箱船破损剩余强度的评估。 本文主要的研究工作如下: (1)提出船体结构初始缺陷的有限元模拟方法,分别对初始挠度形状、变形以及残余应力分布、方向对极限强度的影响做了定性分析。 (2)围绕非线性问题的来源与因素,通过非线性有限元方法对若干典型箱型梁进行极限强度计算,对比试验验证方法的可靠性。 (3)采用非线性有限元程序(MARC)对四条典型实船进行极限强度计算,并与其他标定计算的结果比较,并评估内河某标准船型实船的极限强度。 (4)研究考虑外载荷(舷外水压)下船体梁极限强度的评估。 (5)结合非线性有限元方法对某集装箱船破损剩余强度进行评估。


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