船舶损伤后船体剩余强度评估方法研究

摘要

船舶的剩余强度是衡量船体结构安全可靠性的重要指标,合理评估损伤船舶对外载荷的极限承载能力,有助于更高效的开展船体结构设计,减少事故损失。
　　本文在研究了损伤后船体梁的浮态及载荷效应的基础上,基于共同规范,编制了简化逐步破坏法极限强度计算程序;采用非线性有限元软件Abaqus,分析了极限强度有限元仿真技术,以12,000DWT油船为例,对其在不同载况、不同破舱组合、不同横倾角下的剩余强度进行了分析;开展了小尺度损伤结构物极限强度实验,并与本文所编程序及非线性有限元计算结果进行了对比研究。主要内容及结论如下:
　　(1)整理出了考虑船舶损伤后浮态、载荷效应变化,并计及损伤船体梁在初始横倾角影响下,产生非对称弯曲的,分别基于简化逐步破坏法和非线性有限元法的损伤后船体梁剩余强度评估方法。
　　(2)编制的简化逐步破坏法极限强度计算程序具有参数输入简单,可自动划分单元等优点,结合内置的浮态载荷计算模块,实现了考虑浮态及载荷效应的极限强度的快速计算,通过算例及模型实验验证了该程序具有一定的计算精度。
　　(3)基于Abaqus软件进行了极限强度的非线性有限元法研究,分析了有限元模型化技术(包括求解方法、建模范围、腐蚀余量等)对计算结果的影响,提出了适于损伤船体梁极限承载能力计算的模型化技术,并得到了12,000DWT油船在不同浮态和损伤情况下的损伤模式和极限承载能力。
　　(4)开展了完整结构和不同位置破损结构小尺度模型的极限强度实验,实验结果与有限元法及简化逐步破坏法计算结果吻合较好,评估了不同损伤位置对结构的变形模式和极限承载能力的影响情况。
　　(5)损伤船舶的浮态会对剩余强度产生较大的影响,传统的基于正浮状态的剩余强度评估易得出偏危险的结果。损伤船体梁的剩余强度总体上随着横倾角的增加呈下降趋势,在大横倾角情况下尤为明显,且中垂工况较中拱工况下降更快。局部凹陷也会对损伤船体梁的极限承载能力产生一定影响,特别是船底凹陷。
　　(6)基于系统的模型化技术研究的非线性有限元法在进行剩余强度评估时能够获得较为精确的损伤船体梁极限承载能力及其失效模式,而简化逐步破坏法则具有计算快捷的优势,但在大倾角下易得出偏危险的结果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 船舶剩余强度评估方法研究现状

1.3 船体梁极限强度研究概述

1.4 船体梁极限强度计算方法及研究现状

1.5 极限强度实验研究概述

1.6 本文主要工作和创新点

第二章 损伤后船体梁浮态及载荷效应分析

2.1概述

2.2 浮态参数

2.3 载荷效应

2.4 浮态载荷计算程序的编制

2.5 12,000DWT油船计算实例

2.6本章小结

第三章 损伤后船体梁极限强度的简化逐步破坏法

3.1极限强度的简化逐步破坏计算方法

3.2 单元应力-应变关系

3.3 简化逐步破坏法计算程序的编制

3.4 完整船体梁极限强度计算

3.5 损伤后船体梁极限强度计算

3.6 本章小结

第四章 损伤后船体梁极限强度的非线性有限元法

4.1 非线性有限元基础模型化技术研究

4.2 非线性有限元船体梁模型化技术研究

4.3 船体梁极限强度的非线性有限元计算

4.4 本章小结

第五章 损伤结构的极限强度实验

5.1 实验方案设计

5.2 实验方案的有限元分析

5.3 矩形梁极限强度实验的开展

5.4 实验结果分析

5.5本章小结

第六章 基于不同方法的损伤后船体梁剩余强度评估

6.1 船体梁剩余强度评估衡准

6.2 局部凹陷船体梁剩余强度评估

6.3 舷侧破损船体梁剩余强度评估

6.4 船底破损船体梁剩余强度评估

6.5 损伤船体梁剩余强度评估方法分析

6.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢