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船体结构极限强度及破损剩余强度的研究

杨平  
【摘要】:船体结构的极限承载能力是反映船舶结构安全可靠的重要指标,历来受到 船舶工程界的广泛关注和重视。然而,由于船舶类型的多样性、船体结构的复 杂性,以及涉及到材料的和几何的强非线性因素,同时还必须考虑许多的影响 因素等,使得船体极限强度计算这一力学问题变得十分复杂。虽然经过多年的 研究和发展,对求得理论上更加成熟、使用上较为简便、具有较高精度的船体 极限强度分析方法和计算程序仍然在继续。 另一方面,船舶在营运中可能发生搁浅、碰撞等海难事故。为避免船舶在 海难后造成更大的损失,如沉船事故:或对环境造成进一步的、更大的污染, 这就需要对破损船舶剩余强度充分了解并进行评估,以便正确地采取相应的技 术措施来实施救援和拖航。由于船体破损属于非常状态,因此应以船体剩余强 度来评估其安全性。对破损船舶剩余强度的计算方法和评估,近年来才开始有 一些工作,还不十分完善。 论文研究工作的主要内容和成果如下: 1. 首次提出计及轴力影响时船体梁极限强度的计算方法。基于塑性理论考虑 受压结构单元崩溃破坏时轴力对受压单元塑性弯矩的影响,推得了受压结构 单元的轴力与弯矩的耦合方程,修正了加筋板单元极限强度计算的Rahman 方法,并成功地应用于船体梁极限强度的计算。 2. 首次采用渐进崩溃法对不同倾斜状态下的破损船舶剩余强度进行了计算, 解决了破损船舶非对称弯曲的渐进崩溃的剩余强度计算问题,从而避免了目 前按直接法计算时不合理地采用船舶正浮状态下的应力分布形式的问题。 3. 采用符合船舶实际情况的弹性转动约束边界条件,推得了计算船体板架的 几种不同的计算方法。其中,板梁组合计算方法能适应同一方向上骨材尺寸 不同、骨材布置稀疏或不均匀设置时的板架。所构造的多项式挠曲试函数, 尤其是B-样条挠曲试函数能很好地适应不对称弹性转动约束的边界条件。 所提出的边界约束有效性的评估方法可以方便地用于实际船体板架结构的 设计和计算。 4. 首次对一条内河重载船舶进行了船体梁极限强度试验模型的相似理论分


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