内河船舶极限强度计算的逐步破坏法程序设计

摘要

船体结构设计与强度评估中，如果不能明确结构的极限承载能力及真实安全极限，依旧单纯采用基于线弹性理论的许用工作应力方法，已经不再适合当前的设计理念和发展要求。2005年12月召开的国际船级社协会(以下简称IACS)大会，通过广泛协商，深入研究后达成共识：船舶结构共同规范(CommonStructural Rules，简称CSR)，于2006年开始正式生效，并强制执行。ISO，IMO，IACS等国际组织开始正式将船体梁极限强度评估内容列入规范，将之运用于指导大型船舶结构的设计。
　　 然而，目前国内极限强度在内河船舶设计中仍然未有涉及。国际上只有俄罗斯的内河船舶规范添加了极限总强度的条款，它对保证内河船舶的安全性起到了重要的作用。而随着内河船舶标准化、大型化的发展趋势日趋明显，小吨位船舶的运能及经济性劣势迫使其快速淘汰，上万吨的船舶已经越来越常见，其安全性需要引起重视，因此在极限强度方面的研究也是很必要的。
　　 就现阶段的发展来说，计算船体梁极限载荷的方法主要有：非线性有限元法，理想结构单元法(ISUM)，逐步破坏法和直接法。逐步破坏法由于其计算效率高，使用起来也比较方便，结果也比较可靠，一直被广泛运用。这种方法最早由Smith提出，又称为Smith法或增量迭代法，其核心就是加筋板单元平均应力应变关系，国内外很多专家也提出过一些简化计算方法，本文也是主要在这方面开展了一些研究工作，并运用于实际计算过程中。
　　 本文主要的研究工作包括下面几个部分：
　　 (1)采用Rahman法，CSR法和FEM法计算加筋板单元平均应力应变关系，并与ISUM法计算结果进行对比，验证本文中FEM法计算单元平均应力应变关系的可靠性。
　　 (2)采用FEM法对加筋板单元作系列计算，同时考虑了材料的非线性及结构由于焊接产生的初始变形；另外，也讨论了跨距、残余应力及侧压的影响。
　　 (3)选取板的柔度系数和筋的柔度系数作为主要变量，采用Istopt软件拟合每条曲线，建立内河船舶加筋板单元平均应力应变关系数据库。
　　 (4)采用Fortran语言编写了逐步破坏法计算程序，提出加筋板单元平均应力应变关系调用方法及根据主要的变量插值计算方法。
　　 (5)采用本文程序对实船进行计算，并采用非线性有限元法MARC对船体梁极限强度进行计算，并与文献中直接法计算结果进行比较，从而验证本文程序的可靠性及实用性。