船体极限强度与破损剩余强度非线性有限元分析

摘要

虽然通用有限元程序的功能十分强大，但要将其恰当地应用于具体的结构分析实例并且得到优良的分析结果，是一件并不简单的事情。对船体极限强度和破损剩余强度有限元分析来说，需要合理处理的影响因素很多，包括：模型范围、材料性能、网格大小、单元类型、边界条件、载荷形式、初始缺陷等。不同的分析者采用的处理方式可能不同，对计算结果精度的影响自然也不一样。因此，很有必要对这些因素进行研究，形成一整套合理的、具体的船体极限强度和剩余强度非线性有限元分析框架，定量地探究这些因素的影响，并提出合理有效的处理方法。本文的主要研究内容包括：
　　 第1章，简要阐述了论文选题的背景、目的和意义，围绕国内外研究现状分别介绍了评估船体极限承载能力的几种方法。
　　 第2章，简要介绍非线性有限元法的基本原理和分析方法，着重探讨非线性有限元分析中需要考虑的因素。
　　 第3章，阐述船体结构（基础构件：板与加强筋）初始缺陷的产生原因与具体类别，对比研究后确定用有限元模拟初始挠度和残余应力的有效方法，并完成加筋板极限强度的算例分析。
　　 第4章，对Nishihara等3个典型钢箱型进行非线性有限元分析，重点讨论了模型范围、网格规模、边界条件、载荷形式、初始缺陷等影响因素，计算结果与实验值相比，验证了本文方法的正确性和有效性。
　　 第5章，提出船体极限强度非线性有限元分析的框架，对ISSC和ISO标定计算中系列船型进行了算例分析，同时采用直接计算法原理，编制船体极限强度解析方法计算程序，同其他学者的标定计算结果相比，验证了本文非线性有限元评估船体极限强度方法和手段的正确性，并对一内河标准货船进行了极限强度计算和讨论，最后通过算例讨论了外载荷（舷外水压）共同作用下船体梁的极限强度评估。
　　 第6章，探讨评估破损船体剩余强度的技术背景，研究剩余强度的评估准则和方法，重点讨论了碰撞和搁浅两种事故下破损的位置和范围，并采用非线性有限元方法对一艘集装箱船进行了破损剩余强度算例分析。