箱型薄壁结构极限强度计算与考虑腐蚀的可靠性分析

摘要

近年来,基于结构极限强度的极限状态设计法在结构工程领域得到了迅猛发展,在船舶工程中,用基于极限承载能力的设计方法来取代传统的基于线弹性理论的设计方法也成为一种趋势.研究表明,在计算船体总纵强度时,必须考虑构件的屈曲、屈服等各种可能的破坏模式,要考虑受压构件屈曲后及崩溃后非线性性能影响.船体总纵极限弯矩的计算,由于要计及材料的和几何的非线性因素而变得十分复杂,必须用增量的方法逐步计算,获得完整的弯矩-曲率曲线后,才能得到总纵极限弯矩值.目前已有的各种简化方法,其基本原理都是相同的,主要区别在于所用的单元性能曲线有所不同,以及对初始变形、残余应力和侧向载荷等影响因素的处理方法也各不相同.该文方法的基本原理是将船体截面离散成不同的加筋板单元,根据实际受力情况,将单元分成受拉取和受压区.受拉区单元由理想弹塑性理论得到其应力应变关系曲线;受压区单元可以分成一般单元和硬角单元.当船体梁在中拱或中垂状态下时,假定一个初始曲率,累积各个单元对瞬时中和轴的弯矩,然后判断弯矩是否达到极限,如未达到,则增加曲率,重复上述过程,直至弯矩为极值.由于加筋板侧倾屈曲是一种非常危险的破坏形式,该文采用不同方法分析了加筋板侧倾屈曲,并作出了比较;基于上述方法运用计算机程序计算出了箱型梁和几种实船的极限承载能力以及各种加筋板单元的极限强度,并和著名学者的结果进行了比较,结果令人满意;分析了某实船的考虑腐蚀影响的可靠性指标;最后,为了验证理论的精确度,作者参与了钢箱型梁的极限强度试验,通过比较试验数据与理论数据,结果基本一致.

目录

文摘

英文文摘

第1章概述

1.1选题的来源和意义

1.2极限强度的发展历程和目前的研究状况

1.3本论文的主要研究方法和内容

1.3.1总纵极限强度逐次递增破坏分析法

1.3.2主要研究内容

第2章加强筋的侧倾屈曲分析的方法比较

2.1引言

2.2 Hughes方法

2.2.1位移函数的选取

2.2.2总势能函数

2.2.3公式推导

2.3胡毓仁方法

2.3.1计算模型和基本微分方程式

2.3.2用伽辽金法计算临界应力

2.4Paik方法

2.5算例分析

2.6本章结论

第3章加筋板格单元极限强度分析

3.1引言

3.2加筋板格的极限强度

3.2.1基本假定

3.2.2加筋板格的三种失效形式分析

3.3截面单元的应力—应变关系

3.3.1拉伸区单元的应力—应变关系

3.3.2压缩区单元的应力—应变关系

3.4初始残余缺陷的考虑

3.5算例与分析

3.6本章小结

第4章用逐步破坏法计算船体梁总纵极限强度

4.1引言

4.2基本原理

4.3计算流程

4.4计算程序的说明

4.4.1程序功能

4.4.2程序内容

4.4.3程序结构

4.4.4程序框图

4.5算例分析

4.5.1 Nishihara箱型梁模型

4.5.2某散货船(bulk carrier)实船分析

4.5.3某单壳超大型油船(single hull VLCC)实船分析

4.5.4某集装箱船(container ship)实船分析

4.6三种船舶的极限强度比较

4.7本章小结

第5章考虑腐蚀船体箱梁极限强度的可靠性分析

5.1引言

5.2船体外载荷

5.2.1静水弯矩

5.2.2波浪弯矩

5.3船体腐蚀可靠性分析

5.3.1失效函数与方法简介

5.3.2求解步骤

5.4算例分析

5.5本章小节

第6章箱型梁的试验研究

6.1引言

6.2试验目的及试验方法

6.3试验模型

6.4试验方案

6.4.1试验施力装置

6.4.2贴片布置

6.5试验过程

6.5.1试验现象及结果

6.5.2试验分析

6.6本章小节

第7章结论与展望

7.1本文的总论

7.2本文的进一步工作

致谢

参考文献

附录 截面特性计算

在学期间公开发表的学术论文及参加的科研项目