基于散货船共同规范的船体结构板格屈曲强度直接计算研究

摘要

散货船共同结构规范于2006年4月1日作为IACS的统一规范生效。这是国际造船界有史以来第一次在全球范围内统一船舶设计规范，旨在造出更安全更牢固的新船。在共同规范中，极大地吸收了IACS成员的成功经验，增强了规范的透明度，同时还增加了一些灵活性的条款，有利于各国造船业进行技术创新。
　　 强度是结构抵抗外力作用，保证结构安全正常地完成预定使命的能力。对大多数结构来说，屈服强度计算是基本的必不可少的，而对某些受压或由高强度材料制成的结构构件，屈曲强度计算比屈服强度计算更为重要。结构屈曲强度是结构设计中的关键问题之一，它对保证结构的安全性和使用性起着至关重要的作用。
　　 随着现代力学、数学以及电子计算机技术的发展，有限元法无论是在理论，还是在实际应用方面都已取得了巨大的进步，对结构进行有限元分析所需要的成本也迅速减少。有限元法在船舶结构领域的应用最早始于20世纪60年代。经过几十年的发展，有限元法已成为船体结构分析中必不可少的重要工具。
　　 本文的主要内容包括：
　　 1.论述了散货船共同结构规范有关屈曲强度直接计算的主要内容和基本过程，包括船体结构有限元模型的选取和建立、边界条件的施加、计算工况的确定、载荷的计算与施加、屈曲校核衡准等。
　　 2.结合散货船共同结构规范的屈曲校核，详细研究了板的屈曲理论，包括临界应力、屈曲系数、后屈曲、极限强度、折减因子等问题。
　　 3.利用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN、CCSTOOLS和CCS屈曲插件，依据共同规范和CCS指南的要求，对某散货船进行了屈曲强度直接计算。
　　 4.对按散货船共同结构规范和CCS直接计算指南校核的不满足屈曲强度的板格进行了加强，并与原船进行比较。
　　 5.通过计算结果，分析比较了共同规范与CCS指南在屈曲校核中的区别，阐述了计算中可能存在的问题并提出合理意见。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题的背景、目的和意义

1.2有限元方法及其应用

1.3船体板屈曲研究概述

第2章CSR屈曲强度直接计算要求

2.1引言

2.2分析模型

2.2.1模型范围

2.2.2有限元建模

2.3净尺度

2.4边界条件

2.5设计载荷

2.5.1载荷状态

2.5.2船体梁载荷

2.5.3外部压力

2.5.4内部压力和力

2.6计算工况

2.7弯矩剪力调整

2.8屈曲校核

2.8.1符号定义

2.8.2屈曲载荷工况、屈曲系数、折减系数

2.8.3边界条件

2.8.4板格应力

2.8.5屈曲校核衡准

第3章板屈曲的基本理论

3.1板稳定性的分析方法

3.2矩形板的临界应力

3.2.1单向均匀受压板的屈曲系数

3.2.2非均布纵向压力作用板的屈曲系数

3.2.3纯剪切作用板的屈曲系数

3.3板的极限强度

3.4纯剪切开孔板的极限强度

3.5极限强度设计公式

第4章实船屈曲强度直接计算

4.1基本资料

4.1.1结构形式

4.1.2主参数

4.1.3建造材料

4.2有限元模型概述

4.2.1模型范围

4.2.2坐标系

4.2.3网格划分

4.2.4模型分组

4.2.5单元属性

4.3计算工况

4.4载荷及边界施加

4.5应力结果

4.6基本板格定义

4.7屈曲校核结果

4.8加强方案

4.9重新校核结果

第5章CCS直接计算指南屈曲评估

5.1模型概述

5.1.1模型范围

5.1.2坐标系

5.1.3单元与网格

5.1.4模型分组

5.2属性定义

5.3计算工况

5.4载荷及边界

5.4.1压载水压力

5.4.2货物压力

5.4.3舷外水压力

5.4.4端面弯矩

5.4.5边界条件

5.5应力结果

5.6 CCS屈曲评估要求

5.6.1标准减缩厚度

5.6.2最小屈曲安全系数λ

5.6.3用简化方法求解板格的屈曲强度

5.7屈曲校核结果

5.8加强方案

5.9重新校核结果

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文