船体梁极限强度的近似计算

船体梁的总纵强度是反映船舶结构安全可靠的最基本的强度指标。船体结构极限强度评估对于船舶结构初步设计、使用、维护和维修都非常重要，因此船体梁极限强度研究成为近几十年来船舶工程界的热点研究课题之一。到目前为止有两种典型的加筋板和船体梁的极限强度分析方法，它们是直接计算法和逐步破坏分析法。本文基于加筋板单元的平均应力应变曲线和逐步破坏分拆方法，提出了加筋板和船体梁极限强度的简化分析方法，考虑了初始挠度和残余应力对加筋板单元极限强度的影响。数值结果表明，采用本文简化方法得到的结果与有限元计算结果或其它逐步破坏分析结果比较符合。     

船体结构极限强度研究综述

综述船舶极限强度研究现状,包括平板及加筋板及船体梁极限强度的计算分析方法,以及平板和加筋板、船体梁和实船极限强度试验研究。     

平板在组合载荷作用下的极限强度预报的一种简化解析法

船体平板强度在船舶结构极限强度分析中起到十分重要的作用。最近几年，一些作者提出了计算平板极限强度的一种简化解析方法。但绝大部分的研究只考虑了平板纵向受压这一种简单载荷的情况。在我们成功地解决了三向组合载荷(纵、横压缩和垂向均布压力)的基础上，在本文中，我们又进一步将此方法推广到包含面内剪力在内的所有组合载荷分量均存在的一般情况。通过与一些规范公式的比较表明，本文所推导的公式是可以比较精确地预报平板在一般组合载荷作用下的极限强度。这一工作一方面可以为规范中的一些经验公式提供理论依据，另一方面也许可以提供比经验公式更好的外插能力。为了简化使用本文的方法，本文也在大量参数系列计算的基础上给出了一个回归的经验公式。     

半潜式平台极限强度计算方法研究

以加筋板格第Ⅱ崩溃模式建立单元的应力应变关系,使用简化逐步破坏法编制相应计算程序.通过一系列经典模型的试算和试验值的比较,验证理论和程序的可靠性和正确性.与解析的经验公式进行比较,得出吻合的结果.在此基础上对半潜式平台整体结构的横向极限强度进行研究.     

CFRP修复含裂纹加筋板极限强度仿真研究

[目的]为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)粘贴修复含裂纹加筋板的极限强度,[方法]采用非线性有限元法对在轴向压缩载荷作用下的CFRP修复含裂纹加筋板的极限强度进行分析,基于CFRP修复含裂纹加筋板模型,对仿真结果与文献的试验结果进行比较,验证所提方法的准确性。以CFRP双面修复含裂纹加筋板为例,研究CFRP加筋板的极限强度,并对胶层剥离机理和胶层应力进行分析。[结果]结果表明,使用CFRP修复含裂纹加筋板后其极限强度得到了明显提高,且接近于含几何初始缺陷加筋板的极限强度;CFRP修复含裂纹加筋板的脱胶行为发生在极限强度之后。[结论]使用CFRP修复含裂纹损伤的加筋板可有效提高其极限承载能力,研究结果可为船舶与海洋工程结构修复提供参考。     

考虑失稳模态型初始缺陷的加筋板极限强度分析

加筋板是船体结构的重要组成部分。采用一阶屈曲分析得到的加筋板失稳模态以局部变形为主,按一阶屈曲模态引入的初始缺陷不能很好反映船体甲板结构的整体缺陷,为了进一步推广高等分析法在船舶与海洋结构物中的应用,本文提出一种能反映船体整层甲板、舱段乃至全船结构整体缺陷分布的失稳模态型初始缺陷引入方式。采用有限元软件Ansys,对加筋板不同初始缺陷形态下的极限强度进行分析并与试验结果对比,验证了引入失稳模态型初始缺陷在加筋板极限强度计算中的可行性与有效性。有限元计算结果表明,与采用一阶屈曲型初始缺陷相比,采用失稳模态型初始缺陷得到的加筋板极限强度更低,更能保证结构的安全性。考虑失稳模态型初始缺陷,对31个单一参数变量加筋板进行极限强度分析。计算结果表明,在合理范围内增高加强筋是提高加筋板极限强度的最有效手段。     

加筋板抗撞击性能的比较研究

研究加筋板的抗撞击性能对于深入理解船舶碰撞的力学机理和开展耐撞性船舶结构设计都具有重要的指导意义。本文用数值仿真法研究了普通的船舶加筋板结构的抗撞击性能，并与三种改进型加筋板作了比较。研究表明，三种改进型加筋板的抗撞击性能均比原结构有所提高，这可为新式船舶结构形式研究提供一定的依据。     

点蚀、裂纹损伤对船用加筋板剩余极限强度的影响

[目的]长期服役于恶劣海洋环境中的船舶与海洋工程结构,不可避免地会产生裂纹和点蚀,这些损伤会对结构的极限承载能力产生较大影响。为探讨裂纹、点蚀同时存在时对结构承载能力的影响,[方法]采用非线性有限元法开展含裂纹、点蚀损伤的加筋板在轴向压载作用下的极限强度研究。在讨论网格尺寸对含裂纹、点蚀损伤加筋板极限强度影响的基础上,开展裂纹点蚀坑相对位置、点蚀数目、裂纹长度对含裂纹、点蚀损伤加筋板剩余极限强度的影响。[结果]计算结果表明,裂纹长度、点蚀的增加会使加筋板的剩余极限强度下降明显。[结论]这些结果可用于指导全寿期船舶与海洋工程结构的设计与维护。     

冰载荷对加筋板轴向压缩极限强度的影响

船舶在冰区航行时,将遭受浮冰的挤压,船舷侧部位的加筋板会受到冰载荷的作用。以单筋单跨加筋板为研究对象,采用非线性有限元法对冰载荷下加筋板轴向压缩极限强度进行分析。研究冰载荷的大小、加载区域面积和加载区域位置的不同对极限强度的影响规律。结果表明,冰载荷大小一定,冰载荷作用区域面积逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度随着面积的增加基本呈线性增加。冰载荷作用区域位置距离加筋板中心点距离逐渐增加时,加筋板的轴向压缩极限强度逐渐增加,且随着相对距离的增加,对加筋板轴向压缩极限强度的影响越来越大。这些结果可用于指导冰区船舶结构的设计以及维护。     

内河船舶极限强度计算的逐步破坏法程序设计

在船舶设计与强度评估中,为更加真实地了解船体结构的安全极限,要求计算船体梁的极限强度。逐步破坏法由于其计算效率高,结果比较可靠,被广泛运用于大型海船设计,但在内河船舶设计规范中,至今尚无有关极限强度的条款。通过非线性有限元程序计算得到加筋板单元平均应力应变关系,并与Rahman法、CSR法以及ISUM方法计算得到的应力应变关系曲线进行对比,以验证其可靠性。然后,按照一定的规律建立符合内河船舶构造的加筋板单元应力应变关系数据库,并编写逐步破坏法计算程序,在计算过程中,其能根据加筋板单元尺寸自动选取对应的关系曲线;对参数超出数据库的情况,则通过插值实现。     

Strength of ship plates under combined loading

Strength of ship plates plays a significant role in the ultimate strength analysis of ship structures. In recent years several authors have proposed simplified analytical methods to calculate the ultimate strength of unstiffened plates. The majority of these investigations deal with plates subjected to longitudinal compression only. For real ship structural plating, the most general loading case is a combination of longitudinal stress, transverse stress, shear stress and lateral pressure. In this paper, the simplified analytical method is generalized to deal with such combined load cases. The obtained results indicate that the simplified analytical method is able to determine the ultimate strength of unstiffened plates with imperfections in the form of welding-induced residual stresses and geometric deflections subjected to combined loads. Comparisons with experimental results show that the procedure has sufficient accuracy for practical applications in design.     

船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法

本文基于Smith方法,应用梁-柱理论、理想弹塑性假设、平截面假设和塑性铰理论建立了加筋板单元的应力-应变关系曲线,导出了船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法并编制成FORTRAN计算程序.应用作者导出的简化逐步破坏分析方法分析计算了Reckling 23号模型总纵极限强度.计算结果表明,本文导出的简化逐步破坏分析方法和计算程序正确可靠,可供船体结构设计和使用.本文还对船体结构总纵极限强度的影响因素进行了分析,其中包括加筋板单元的载荷-缩短行为、横向压力、材料屈服强度和腐蚀等.     

A computational investigation of the effects of both-sides general corrosion on the buckling/plastic collapse behaviour and strength of stiffened plates

This paper presents the results of an investigation into the post-buckling behaviour and ultimate strength of imperfect corroded stiffened steel plates used in ships and other marine-related structures. A series of elastic–plastic large deflection finite element analyses is performed on stiffened steel plates suffering general corrosion wastage with random distribution. General corrosion is introduced into the finite element models using a random thickness surface model. The effects of corroded stiffened plate parameters on the post-buckling and ultimate strengths are evaluated in detail. The stiffeners of different symmetrical or unsymmetrical cross-sections are introduced into the models for analysis. Some distinctions are explored and highlighted between the behaviours of steel plates suffering general corrosion in unstiffened and stiffened cases. Finally, a proposal is given in order to simulate the average stress–average strain relationship of stiffened steel plates having both-surface general corrosion wastage.     

Computation of ultimate strength of locally corroded unstiffened plates under uniaxial compression

Over the past decades there have been many losses of the merchant vessels due to either accidents or exposure to large environmentally induced forces. The potential for the structural capability-degrading effects of both corrosion and fatigue induced cracks are of profound importance and must be both fully understood and reflected in vessel's inspection and maintenance programme. The present study is focused on assessing the effects of localized pitting corrosion which concentrates at one or several possibly large area on the ultimate strength of unstiffened plates. Over 256 nonlinear finite element analyses (FEA) of panels with various locations and sizes of pitting corrosion have been carried out. The multi-variable regression method is applied to derive new formulae to predict ultimate strength of unstiffened plates with localized corrosion. The results indicate that the length, breadth and depth of pit corrosion have weakening effects on the ultimate strength of the plates while plate slenderness has only marginal effect on strength reduction. Transverse location of pit corrosion is also an important factor determining the amount of strength reduction. When corrosion spreads transversely on both edges, it has the most deteriorating effect on strength. It was also found out that the proposed formulae can accurately predict the ultimate strength of unstiffened plate with localized corrosion.     

复杂应力状态下无筋板格极限强度研究

无筋板格是波浪中航行船舶的基本结构单元,精确评估无筋板格极限强度对保证船舶结构安全性具有重要意义.本文基于弹性大挠度理论分析和刚塑性分析,给出了复杂应力状态下无筋板格极限强度计算方法;定性的研究了各参数对无筋板格极限强度的影响;比较了剪应力与其它应力作用的合成分析方法和分离分析方法,验证了分离分析方法的可行性和高效性;开展了本文方法与经验公式及ABS规范公式的比较研究.     

含点蚀损伤船体加筋板在纵向压力下的极限强度

针对老龄化船舶结构上的点状腐蚀,利用非线性有限元方法进行计算,分析304个船体加筋板的极限强度,探讨带板柔度、加强筋柔度、腐蚀面积比和腐蚀深度比对纵向压力下含点蚀损伤船体加筋板极限强度的影响,拟合出点状腐蚀下船体加筋板极限强度折减公式并对其适用性进行验证,研究结果具有一定的工程参考意义和价值。     

Numerical investigation on the ultimate strength behaviour and assessment of continuous hull plate under combined biaxial cyclic loads and lateral pressure

The ultimate strength of continuous hull plate under combined biaxial cyclic loads and lateral pressure is investigated in the present paper by using nonlinear finite element method. Geometric nonlinearity due to large deflection and material nonlinearity induced by kinematic hardening and isotropic hardening are both accounted for. A parametric study is designed and completed to examine the longitudinal ultimate compressive strength behaviours in the cycles on the basis of a large number of load-shortening curves. Effects of series of parameters especially the plate slenderness ratio, transverse cyclic compression, lateral pressure and cycle number are analyzed with details. It is found that the strength characteristic and collapse mode are highly affected by the coupling influence of the mentioned factors as well material behaviours. A dimensionless unified formulation as a function of the decisive factors is empirically proposed to accurately assess the ultimate strength of continuous hull plate in various cycles.     

船舶碰撞仿真分析中的单元尺寸与失效应变关系研究

随着船舶向大型化发展势头迅猛,船舶碰撞所带来的灾难性后果也显著增大.为评估船舶结构的耐撞能力,国内外研究人员分别从试验和数值模拟2个方面开展研究工作.针对船舶碰撞场景的仿真模拟中,经常采用常应变失效准则来定义单元是否失效.然而失效应变取值强烈依赖于单元尺寸大小,因此,开展失效应变与单元网格尺寸关系研究对船舶结构的耐撞性能准确评估意义重大.本文通过对光板及加筋板的耐撞性能的试验研究,并应用非线性有限元软件LS-DYNA对试验结果进行仿真模拟,探讨了光板及加筋板的单元尺寸和失效应变之间的关系.结果表明:光板和加筋板的单元尺寸与失效应变关系曲线明显不同,因此采用常应变失效准则时应区别对待,不能混用.研究结论对船舶结构碰撞有限元仿真具有一定的指导意义.     

点蚀损伤板在复杂受力状态下的极限强度研究

采用非线性有限元软件模拟船底板单面点腐蚀,通过对边缘载荷系数比、蚀坑分布、直径、深度的改变,经过一系列的数值计算分析,结果表明横向载荷和侧压对板的极限强度影响不可忽略,计算板的极限承载能力时需要考虑计及侧压与横向载荷。在复杂受力状态下,就单考虑蚀坑深度时,板表面的蚀坑深度在0~0.5t区间变化时,极限强度相应的折减率比大于1/2板厚时更大,极限强度对蚀坑深度更加敏感。腐蚀面积不能有效表征腐蚀程度,当DOP系数相同时,点蚀后板的最小横截面决定了极限强度的大小。