船体桁材开孔后的强度和稳定性研究

摘要

船体双层底内的纵桁或实肋板是船体的主要结构，其强度和稳定性直接关系到船体的承载能力。在这些桁材的腹板上，为了制造、检查或是减轻重量的需要，通常需要在上面开孔，这些开孔有时会达到桁材高度的60％。这些开孔的存在不可避免的会导致船体桁材的力学性能的变化，严重情况下可能会大大降低桁材的承载能力。 本文主要使用有限元计算的方法，计算分析了不同厚度的船体桁材，在开孔以后随着开孔大小及形状的变化其强度和屈曲强度的变化规律，为工程实际提供参考。主要研究工作如下： 1)对未开孔板在受到轴向压力和四周剪切作用下的受力情况分析，通过有限元建模验证计算模型加载方式、施加约束是否正确，并在判断加载方式、施加约束正确的条件下，以此为进行开孔分析的基础。 2)讨论单独桁材腹板在开圆孔和腰圆孔两种情况下，对于不同的板厚在受到轴向压力和四周剪力作用时，随着开孔大小的变化，其应力和屈曲强度的变化规律。并从结构强度和稳定性的角度，评价何种开孔形式较为有利。 3)讨论单独桁材腹板在开孔两侧的板上加两个垂直加强筋，分析有了加强筋以后，开孔板的强度和稳定性。对两种形式的开孔，分别从受轴向压力和四周剪力的角度，与未加筋开孔板进行比较，判断加筋对其性能影响的好坏，并评价何种情况下加筋较为有利。 4)对于有加强筋和无加强筋作用的桁材，受到横向剪力以及轴向压力作用条件下，得出其强度和屈曲强度的变化规律；并就有无加强筋的情况作比较，判断加筋的优劣。 论文中，对未开孔板材各种受力情况下的理论公式用有限元方法进行验证，在有限元模型加载方式、约束条件正确的情况下，进行了后期的研究工作，并将研究的结论与其它文献计算值进行了比较，结论吻合。说明了本文针对各种板厚，随开孔大小变化的研究是合理的，结论是可用的，可以方便的使用这些结论对工程实际的设计过程等，提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1选题的背景和意义

1.2和本课题有关的国内外研究现状分析

1.3本文的研究内容和工作

第2章开孔矩形板的强度与稳定性

2.1引言

2.2基本理论

2.2.1假设

2.2.2弹性屈曲应力

2.2.3非线性修正方法

2.3轴向受力的开孔矩形板

2.3.1研究的范围

2.3.2研究的方法

2.3.3有限元模型的验算

2.3.4算例与分析

2.4本节小结

第3章受剪切开孔板的强度与稳定性

3.1引言

3.2四周受剪的开孔板

3.2.1模型、载荷及约束条件

3.2.2板四周受剪切经验公式

3.3纯剪切中的板受力分析

3.3.1应力分量

3.3.2均衡条件

3.3.3极限剪切强度

3.4算例计算与分析

3.4.1有限元模型的验算

3.4.2开圆孔矩形板受剪稳定性分析

3.4.3开腰圆孔矩形板受剪稳定性分析

3.4.4开圆孔剪切应力计算

3.4.5开腰圆孔剪切应力计算

3.5本章小结

第4章加强筋加强的开孔板的强度与稳定性

4.1引言

4.2受轴向压力作用的开孔加筋板

4.2.1开圆孔加筋板压缩稳定性计算

4.2.2开腰圆孔加筋板压缩稳定性计算

4.2.3开圆孔加筋板强度计算

4.2.4开腰圆孔加筋板强度计算

4.3受四周剪力作用的加筋板

4.3.1模型、载荷及约束条件

4.3.2开圆孔加筋板剪切屈曲强度计算

4.3.3开腰圆孔加筋板剪切屈曲强度计算

4.4本章小结

第5章船体桁材腹板开口后的强度与稳定性分析

5.1引言

5.2 Basler关于桁材受力崩溃的研究

5.2.1关于桁材弯曲崩溃的研究

5.2.2关于桁材剪切的研究

5.2.3 Basler关于桁材组合受力的研究

5.3受轴向压力作用桁材的算例分析

5.3.1轴向受压强度算例计算

5.3.2轴向受压屈曲强度算例计算

5.4受横向剪力作用桁材的算例分析

5.4.1横向受剪强度计算

5.4.2横向受剪屈曲强度算例计算

5.5本章小结

第6章船体桁材腹板加筋及开孔后的强度与稳定性分析

6.1引言

6.2受轴向压力作用的桁材

6.2.1桁材压缩屈曲模态分析

6.2.2轴向受压强度计算

6.2.3轴向受压屈曲强度计算

6.3受横向剪力作用的桁材

6.3.1横向受剪强度计算

6.3.2横向受剪屈曲强度计算

6.4本章小结

第7章总结与展望

7.1总结

7.2论文研究工作的不足和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目