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基于JBP Rules的散货船结构强度直接计算研究

陈南华  
【摘要】:近年来,由于新型船只的建造和船舶的大型化及海洋平台开发的兴起,新结构、新材料不断出现,船舶结构的屈曲、弹塑性破坏、疲劳和断裂等课题提出,迫使我们寻找新的有效的船体结构分析方法;并且,随着计算机软硬件技术的发展,将船体的局部结构甚至是整艘船划分为有限单元来进行分析成为可能,船体结构强度分析从此有了革命性的突破。有限元分析方法,将整个船体结构离散为能精确模拟其承载模式和变形情况的有限单元。对于各主要结构构件,按其受力状况分别以膜、杆、板、壳和梁等单元来表达。这样可详尽地表述船体结构的微观细节,真实地表达出各个构件间的协调关系与变化。通过大规模有限元软件分析求解,可以求出各个关心构件或区域的实际变形与应力。这种方法是目前船体强度分析最准确、最完善的方法,也是在理性结构设计中,最能精确预报结构对载荷响应的结构分析方法。 但是,世界上各主要船级社都有着自己独特的船体结构强度直接计算方法及强度标准,这样便造成了现行模式的目标不透明,风险的接受程度不统一,不利于对船舶设计方案的评估,为此国际船级社协会(IACS)于2005年推出了一套统一的散货船结构尺寸的共同规范,即JBP规范。制订此规范是为了满足工业界期望建造更加坚固、耐用、适用的船舶,进一步满足使用需求,消除各船级社之间在船舶最小尺寸方面的竞争。建立统一的规范,在成员船级社中统一实施,同时也可使各个船级社的经验得到共享。 进行船体结构强度有限元直接计算的基本步骤是:建立三维有限元模型;处理边界条件;进行载荷计算;选取计算工况;利用有限元软件进行求解;分析计算结果;最后得出结论。本文主要研究目的是,全面研究JBP规范的编写理念及其所采用的计算方法、过程和基本假定。为了便于比较分析该规范,本文通过采用JBP规范和中国船级社(CCS)的散货船结构强度直接计算分析指南(2003)两种直接计算方法,应用通用有限元软件NASTRAN,对同一条21万吨双壳散货船进行船体结构有限元直接计算分析,得到的最终结论为:IACS刚刚推出的JBP规范是安全、可靠的,我们有必要推广和贯彻该规范。


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