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薄壁箱形梁极限强度计算方法研究

徐素明  
【摘要】: 船体结构的极限强度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。传统上,船体总纵极限强度的计算采用的是经典的线弹性理论。但随着对船舶破坏机理的认识和研究发现,在研究船体的总纵极限强度时,必须考虑构件的屈曲、屈服等各种可能的破坏模式,要考虑受压构件屈曲后及崩溃后的非线性性能的影响,要考虑组成船体的各个构件发生破坏的渐进性质和相互作用等。 由于计及了材料的和几何的非线性因素,总纵极限强度的计算变得非常复杂。目前,计算总纵极限弯矩的方法主要有四种,即非线性有限元法,理想结构单元法、直接计算法和简化方法。 用非线性有限元方法计算船体总纵极限弯矩,向来工作量大、代价昂贵,但它是精度更高的一种方法,其它的计算方法往往都以非线性有限元的计算结果为参考。因此,如果能够对实船用非线性有限元法获得计算结果,所得的数据及计算中得到的经验都将是十分宝贵的。 随着现代力学、计算力学以及计算机技术在软、硬件方面的发展,有限元分析无论是在理论,还是在计算技术方面都已取得了巨大的进步,很多通用有限元程序和专用程序都投入了实际应用,对结构进行有限元分析所需要的费用也迅速减少。当今国际上流行的有限元软件有MSC/NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、MARC、ADINA、ALGOR等,它们提供了友好的用户界面、强大的计算分析功能和前后处理功能,并与多种图形软件提供了接口,如UGI-DEAS,CATIA,Pro/E等。有限元法已经被广泛地应用到航空、航天、汽车、船舶、水利、医学和生物等现代科学的各个领域。 一些已有的计算分析表明,对于大型通用有限元软件,只要合理地模拟结构的受载方式,模拟材料的非线性性能,采用合理的单元类型和网格尺度,并综合考虑极限强度分析的各种因素(如结构的残余应力、初始变形、材料的非线性性能等),通用有限元程序也能获得精确的船体结构的极限承载能力。 本文通过对一系列典型钢箱梁结构的计算分析,讨论了如何通过使用通 武汉理工大学硕士学位论文 用有限元程序ANSYS对钢箱梁极限承载能力进行预报,以及如何提高整个 有限元分析的精度,同时与其它计算方法、试验值进行比较,得出一些较为 合理的建议,为今后有限元的分析提供较有价值的参考。


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