船体梁极限强度非线性有限元计算方法研究

文章针对Dow 1/3比例护卫舰模型,进行多种方案的船体梁极限强度非线性有限元计算,通过与Smith方法和模型试验结果的对比分析,研究船体梁极限强度非线性有限元建模技术,给出一种较为准确高效的船体梁极限强度非线性有限元计算方法。对于完善《船体梁极限强度的非线性有限元方法计算指南》具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

船体结构极限强度的影响参数与敏感度探讨

本文采用非线性有限元方法计算了船体结构在两种失效模式下的极限强度：一是加筋板格的非一性失稳极限强度；二是船体在中拱及中垂弯曲下的总纵屈服极限强度。较全面 探讨了计算中各种因素对第一种极限强度的影响，并对这两种极限强度中的主要影响参数，包括屈服应力、杨氏模量、初始缺陷、焊接残余应力、板厚等变化的敏感度作了计算，为船体结构的可靠性分析与设计提供了科学依据。     

船体板格极限强度数值计算影响因素及敏感分析

船体板格极限强度的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性,计算结果受多种因素的影响。本文针对船体板格有限元计算方法的不稳定性进行研究,通过将有限元计算结果与其他学者的研究成果进行对比,验证本文所采用的有限元方法的可靠性,然后针对板格材料、初始缺陷、网格密度、边界条件等几种因素的敏感性进行具体研究,发现理想应力应变关系会使得结果偏于危险。网格形状和网格密度对于结果均有影响,边界条件对于有限元结果有影响,最大误差在7.2%,并且模型3会使得结果偏于危险。初始缺陷是一敏感因素,最大误差在20%,因此需要根据实际缺陷选取合适的屈曲模态和比例因子。     

加筋板格屈曲及极限强度分析

加筋板格是船体结构的主要组成部分,是船体最常用的结构单元。本文在消化相关文献后,作了一些修正和改进工作,提出了一套用于计算加筋板格屈曲及极限强度的方法,并开发了相应的计算软件。通过与试验及有限元计算结果的比较,考核了本方法的计算精度,证明了该方法完全可用于船体板架的工程设计计算。     

船体板格极限强度数值计算影响因素及敏感分析

船体板格极限强度的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性,计算结果受多种因素的影响.本文针对船体板格有限元计算方法的不稳定性进行研究,通过将有限元计算结果与其他学者的研究成果进行对比,验证本文所采用的有限元方法的可靠性,然后针对板格材料、初始缺陷、网格密度、边界条件等几种因素的敏感性进行具体研究,发现理想应力应变关系会使得结果偏于危险.网格形状和网格密度对于结果均有影响,边界条件对于有限元结果有影响,最大误差在7.2%,并且模型3会使得结果偏于危险.初始缺陷是一敏感因素,最大误差在20%,因此需要根据实际缺陷选取合适的屈曲模态和比例因子.     

基于局部横向强度要求的船舶侧向承载板厚度设计研究

液体的压强作用一直是船体外板、液舱舱壁等位置板厚设计的主要考虑因素之一,且可归结为局部板格在侧向载荷作用下不屈服的安全衡准问题。结合理论分析及非线性有限元数值计算,对于受侧向载荷作用的局部板格极限强度的影响,探讨了包括边界条件、大挠度问题及相应的薄膜效应等各种影响因素,论证了一种优化的受侧向载荷作用的船体板厚约束设计公式,该公式经济适用且安全。整个探讨过程为船体结构规范的进一步完善提出了建议。     

基于显式算法的船体梁极限强度非线性有限元分析

通常,在船体梁极限强度非线性有限元分析中一般采用隐式算法,但相比显式算法,其收敛性较差且计算效率不高。为此本文介绍显式算法与隐式算法的区别,并采用2种算法对Nishihara箱型梁的极限强度进行对比计算,两者结果吻合较好。基于显式算法,本文对Dow试验模型的极限强度进行非线性有限元分析,结果表明该算法具有良好的精度,可以用于船体梁极限强度分析,为船舶结构设计提供参考。     

船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析

本文基于梁-柱理论、理想弹塑性假设、平面假设和塑性铰理论建立了拉伸和压缩加筋板单元的标准应力-应变关系曲线，开发了船体结构总纵极限强度的简化逐步破坏分析方法。应用该简化方法编制的计算程序较为详细地分析了五条船截面／箱型梁模型的总纵极限强度，结果表明本文开发的简化逐步破坏方法和计算程序是正确可靠的，可供船体结构设计参考和使用。     

循环荷载作用下加筋板格单元的损伤累积及力学模型研究

为了计算加筋板和船体梁在循环荷载作用下的极限强度,将一种能够考虑损伤累积和构件局部屈曲的一维钢材等效本构模型引入到加筋板格单元中,提出加筋板格单元在轴向循环荷载作用下的损伤累积力学模型,采用Visual Basic程序编制了计算程序,对若干加筋板格单元在双向轴向循环荷载作用下的承载性能进行计算研究,并使用非线性有限元软件Abaqus进行对比验证,结果表明所提理论方法具有较好的精度。     

箱型梁极限承载能力试验与理论研究

本文对箱型梁船体模型作了总纵极限承载能力试验研究,应用基于塑性节点法开发的程序和通用非线性有限元模拟方法对该模型进行了数值计算,获得了与试验较为一致的结果。在试验与理论分析的基础上,提出了估算箱型梁船体结构极限强度的解析计算方法,通过算例考核认为本方法可用于工程结构设计。     

内河船舶船体梁极限弯曲能力统计特性研究

针对内河船舶船体梁极限弯曲能力的计算与统计特性问题,将影响船体梁极限弯曲能力的主要因素作为随机变量,分别讨论了材料屈服强度与板厚的概率分布参数选取。采用增量迭代方法与改进Rosenblueth方法,计算得到船体梁极限弯曲能力及其分布参数。研究表明,极限弯曲能力计算时可不考虑板厚变异的影响,内河船舶船体梁极限弯曲能力具有统计上的稳定性。     

船体极限强度的概率特性计算

本文在采用材料非线性有限元方法进行船体极限强度计算的基础上，提出了基于人工神经网络的概率特性计算方法来进行船体极限强度的概率特性计算。     

高速船规范中有关强度衡准的讨论

通过对高速船极限强度状态的分析，讨论了板格的极限强度和两种总纵强度失效模式，给出了对应于两种失效状态下船体梁的极限弯矩计算方法，并结合实例计算分析，对中国船级社有关规范的总纵强度衡准进行了讨论。     

船体梁弯曲极限强度分析

针对船体梁极限强度计算问题,研究基于弯曲承载力的极限状态分析技术。分析总结船体梁极限强度分析方法及研究现状,阐述简化逐步破坏法(Smith逐步破坏法)的技术流程,探讨基于非线性有限元极限强度分析技术中各参数设置对计算结果的影响。在简化逐步破坏法计算结果的基础上,利用非线性有限元法评估基于单跨模型和舱段模型的船体梁极限强度,并探究上层建筑对极限承载力的影响。     

船体结构极限强度研究进展

综述了船体结构极限强度的研究现状,分析了加筋板、船体板架和船体梁极限强度的计算方法以及船体结构极限强度的试验研究。     

内河船舶船体梁极限弯曲能力统计特性

针对内河船舶船体梁极限弯曲能力的计算与统计特性问题,将影响船体梁极限弯曲能力的主要因素作为随机变量,分别讨论材料屈服强度与板厚的概率分布参数选取。采用增量迭代方法与改进Rosenblueth方法,计算得到船体梁极限弯曲能力及其分布参数。研究表明,极限弯曲能力计算时可不考虑板厚变异的影响,内河船舶船体梁极限弯曲能力具有统计上的稳定性。     

船体梁的极限强度分析

沿用Cadewell直接计算极限强度的方法，基于有限元的计算思想，将结构离散化为由横向构件和垂向构件所组成的结构，然后利用船体梁在破损时的应力分布，精确计算了船体梁的极限强度，并对加筋板受压时可能出现的5种屈曲形式作了分析，给出了考虑这5种屈曲模式的加筋板极限屈曲强度的公式；以某大型散货船为例，对船体的极限强度进行了评估，结果表明该方法是简便、可靠、实用可行的。     

船体结构极限强度模型试验技术研究

船舶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;而模型试验技术对船体梁极限承载能力研究拥有重要的意义.本文首先对船体极限强度相似模型设计进行研究,提出了稳定性相似模型补偿的设计方法;接着结合多例经典船体梁缩比模型试验与非线性有限元数值仿真计算结果相结合的对船体梁极限承载能力进行预报的案例,分别从相似准则、弯扭组合极限强度、弯剪极限强度等几个不同的侧重点分别对各个案例进行了详细的总结分析;最后列举了本研究组曾开展的其他若干经典极限强度模型试验.为今后船体梁极限承载能力模型试验研究提供了参考.