油船完整极限强度及破损剩余强度研究

摘要

船体结构的极限承载能力是反映船舶结构安全可靠的重要指标，历来受到船舶工程界的广泛关注和重视。然而，由于船舶类型的多样性、船体结构的复杂性，以及涉及到材料和几何的非线性因素，同时还必须考虑多种因素的影响，使得船体极限强度计算这一力学问题变得十分复杂。经过多年的研究和发展，现已有几种计算船体极限强度的方法，逐步破坏法相对于其它几种计算船体极限强度的方法来说，具有简便易行，精度较高的优点，IACS油船共同规范将其列入其内。 另一方面，船舶在营运过程中可能发生搁浅、碰撞等海难事故。船体破损后，其总强度和局部强度受到很大的削弱，为避免船舶在救援中发生更大的破坏，防止海洋污染，应用剩余强度来评估其安全性。考虑到船体发生破损后，其剩余有效剖面是非对称的，船体还可能倾斜，选取船体所受弯矩方向的坐标系为计算坐标系，在确定中和轴时避免了斜弯矩的问题。因此，曲率每增加一次，新的中和轴在原来中和轴的位置上不仅要平移还要转动，因此它必须满足两个平衡条件：1．中和轴将剖面分成受拉、受压两部分，这两部分分别产生的合力相等；2 两部分面积型心的连线沿着外力矩的作用平面。 本文基于IACS油船共同规范，编制了计算完整船体极限强度和破损船体剩余强度的计算程序，考虑了破损船体的非对称弯曲。一方面，本文计算了三个箱形梁和四条完整实船的总纵极限强度，与中外学者结果或实验值进行了比较，结果令人满意。另一方面，本文计算了四条实船一系列破损情况下的剩余强度，绘制了一系列曲线，用剩余强度指标和敏感度分析了船体搁浅和碰撞破损时，破损范围、破损位置和横倾角对剩余强度的影响，得出了一些有价值的结论。这些结论对船舶安全性和规范、法规的制定，以及船体在碰撞和搁浅后的救援拖、航中剩余强度评估具有重要的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 概述

1.1课题的来源、目的和意义

1.2船体梁极限强度的发展历程和研究现状

1.2.1船体梁极限强度的问题

1.2.2船体极限强度的研究历史及现状

1.3破损船体剩余极限强度的发展历程和研究现状

1.4本文主要的研究方法和内容

第2章 逐步破坏法计算完整船体梁极限强度

2.1引言

2.2基本原理

2.2.1船体梁极限强度定义

2.2.2失效模式

2.2.3加筋板单元和硬角单元

2.3应力-应变关系曲线

2.3.1板及加强筋

2.3.2硬角

2.3.3结构单元的弹性-塑性失效

2.3.4梁柱屈曲

2.3.5扭转屈曲

2.3.6折边型材制成的扶强材局部屈曲

2.3.7扁钢制成的扶强材腹板局部屈曲

2.3.8横向加筋板格的屈曲

2.4与散货船应力-应变关系比较

2.5本章小结

第3章完整油船极限强度计算程序及算例

3.1引言

3.2逐步破坏法的计算步骤

3.3计算完整油船极限强度程序

3.3.1程序设计特点

3.3.2程序功能

3.3.3程序内容

3.3.4程序结构

3.3.5程序参数输入说明

3.4典型箱形梁模型极限强度计算

3.4.1 Reckling No.23箱形梁模型

3.4.2 Nishihara箱形梁模型

3.4.3 Dowling No.2箱形梁模型

3.5实船极限强度计算

3.5.1某超大型双壳油船(double hull VLCC)实船分析

3.5.2超大型单壳油船(single hull VLCC)分析

3.5.3某集装箱(container ship)实船分析

3.5.4某散货船(bulk carrier)实船分析

3.6本章小结

第4章破损船体剩余强度的研究

4.1引言

4.2船体结构的碰撞和搁浅剩余强度理论及准则

4.2.1破损船体剩余强度指标

4.2.2破损船体的极端外弯矩

4.3破损船体的非对称弯曲极限强度分析

4.4计算流程

4.5破损结构计算模型

4.5破损船体剩余强度算例分析

4.5.1弯矩-横倾角曲线

4.5.2破损范围曲线分析

4.5.3破损位置曲线分析

4.6本章小结

第5章破损船体剩余强度的影响参数与敏感度分析

5.1引言

5.2不同因素对破损船体剩余极限强度影响

5.2.1破损范围对破损船体剩余强度的影响

5.2.2破损位置对破损船体剩余强度的影响

5.2.3倾斜角度对破损船体剩余强度的影响

5.3敏感度分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1本文总论

6.2本文的进一步工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研项目