板架结构稳定性综合分析及其计算程序系统的研制

【摘要】： 船舶结构稳定性问题是船舶结构设计中的重要问题，历来受到船舶结构力学工作者的高度重视。由于板架结构是船体结构的主要组成部分，尤其是船舶的上甲板和船底结构，它们直接关系到船体的总纵强度，所以板架结构的压缩极限强度是设计人员十分关心的。因此，研究板架结构的稳定性更具有重要意义。 本文在总结前人研究成果的基础上，首先对板架结构的各种失稳模式分别进行了分析。对加筋板中板的局部屈曲，采用能量变分原理推导其临界应力的解析表达式。由于船体中的加筋板结构的受力情况是十分复杂的，除了主要受到由于总纵弯曲而产生的纵向压力以外，还会受到横向的压力以及垂向压力。除此之外，由于加工制造等原因，船体结构中必然存有初始缺陷，包括焊接残余应力、初挠度和偏心，它们往往使结构的承载能力下降。因此为了更加精确的计算加筋板的屈曲强度，本文在计算中将充分考虑这些综合因素的影响。 对于加筋板中加强筋腹板的局部屈曲，则用解析法推导出筋的腹板的挠度方程及其边界条件，求解相应的方程，从而计算出腹板的局部屈曲应力。 对于加筋板中筋的侧倾失稳，则通过能量法推导加强筋侧倾失稳时的总势能泛函，利用最小势能原理求解出此失稳模式下的临界应力。 此外，本文还通过大挠度板理论和相应的基本假定，采用能量法对加筋板的整体弹性屈曲进行了初步的分析，并得到了弹性范围内的屈曲平衡路径。 最后，在总结上述研究内容的基础上，对船体中的甲板结构的各种失效模式进行了综合分析，找出各种失效模式下相应的适合工程计算和程序化的求解极限强度的简化公式。本文编制开发了一套具有工程实用价值的船舶板架稳定性综合分析的计算程序，经计算及与有限元程序所得结果的比较，说明该程序简便、可靠，可方便地应用于船舶结构设计和强度校核。