弹性边界对船体板格塑性动力响应影响研究

摘要

在简单结构如板架进行实验时，边界条件大都选为刚固和简支等常规边界。这与利用舱段模型的水下爆炸实验结果相比，板架上板格的损伤要明显严重。人们对于船体运动和板格周围结构对板格抗冲击产生的影响关注还较少，然而计算表明，这两个因素都可归结为边界因素且对板格损伤的影响十分明显。为此，本文总结归纳影响外板损伤的边界影响因素及其影响规律，据此提出采用简化模型的方法来进行板格损伤的粗略计算，最后以动态子结构法思想为基础构建计及板格塑性阶段动力响应的精细计算方法，并着重考虑了周围连接结构在刚度和质量变化时对考核区域的综合影响，具体如下。
　　第一，采用有限元法进行板格局部强度的边界影响分析。采用边界约束的板格模型与原船模型对比进行船体运动的影响分析；建立舱段的有限元模型、并设置舱壁处约束和自由的边界条件，与原船结果对比，目的是考察船体梁的整体运动对外板局部板格的影响并得到不同舱长的影响规律，最后绘制爆距、舱长变化对损伤结果的影响曲线。
　　第二，根据模态理论建立边界运动的板格简化计算模型。基于入射波能量来描述特定工况下水面结构的运动特性，得到结构的整体速度；根据能量守恒原则得到了整体模型关于单自由度的有效模态质量和有效模态刚度，通过逐渐增加振型阶数的方式，确定了结构振型的有效参与度。
　　第三，以动态子结构法思路为基础建立板格的弹塑性求解方法。利用固定界面模态综合法建立三个子结构的数值计算模型，包括模态缩聚的弹性子结构和可用于塑性求解的完全几何信息子结构；采用增量形式的 Newmark-?法为计算工具，验证弹性结构的计算，对于塑性应变和应力采用有限变形理论求解，在进入塑性计算后进行刚度矩阵的更新，在迭代步收敛后完成本计算方法的验证。
　　第四，进行周围结构改变对塑性区板格的动响应影响分析。通过塑性区单元应力的变化类比相邻子结构的刚度和质量变化对耦合边界的影响程度，然后分析了塑性区单元应力响应随相连子结构质量和刚度的大小以及单元响应位置的变化规律，得到了分析了质量和刚度对结构速度和振动特性的影响；最后针对结构外板局部损伤对整体结构振型的影响，分析了位置、大小和方向的综合影响。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的

1.2 国内外研究现状

1.3 动态子结构法在非线性求解中的应用

1.4 本文的主要研究内容

第2章 板格弹塑性有限元计算的边界影响分析

2.1 引言

2.2 船体外板格边界影响因素的分类

2.3 计算工况和计数值模型

2.4 边界影响的板格损伤计算结果分析

2.5 小结

第3章 运动的板格边界简化计算模型

3.1 引言

3.2 冲击波载荷作用下板格边界的运动响应描述

3.3 多自由度结构的有效模态质量和有效模态刚度计算方法

3.4 板格边界简化模型分析

3.5 小结

第4章 动态子结构法在板格弹塑性求解中的应用

4.1 引言

4.2 固定界面模态综合法和系统子结构的组集

4.4 弹塑性平衡方程的数值求解方法

4.5 双层底结构板格的弹塑性计算方法

4.6 双层底结构板格弹塑性验证计算

4.7 小结

第5章 连接结构特性对板格动响应的影响分析

5.1 引言

5.2 连接结构的边界对板格动态响应的影响分析

5.3 局部损伤对整体模态的影响分析

5.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢