大开口船舶的弯扭耦合振动分析及模型化研究

摘要

现代化的船舶中,大开口形式的船舶出现的越来越多,如集装箱船.但是这样的特性导致了此类的船舶由于扭转刚度过小,产生了许多的问题,特别是在船体梁的弯扭耦合振动方面,必须要给予考虑.虽然三维有限元法可能会更加准确,但是其工作量很大,需要具备一定的条件,所以该文采用梁理论来分析船体的弯扭耦合振动,通过对动力微分方程的研究来最终确定船体的固有频率.薄壁梁理论的分析中,对截面特性,主要是通过板元理论的应用,分析了翘曲、扭转变形,从而对扇性惯性矩的简化及求解进行了讨论,使得截面更加接近与实际结构,在单梁模型考虑的基础之上,还对多梁模型进行了研究.基于Benscoter理论给出了Timoshenko梁内力与位移的修正,应用迁移矩阵法,编制了动力分析的程序.通过和有限元计算程序ansys的比较,对于扇性惯性矩的计算和多梁模型的建立,结果证实了其有效性和可靠性.

目录

文摘

英文文摘

0前言

0.1课题研究的理论意义和应用价值

0.2国内外研究概况及发展趋势

0.3本文的主要工作内容

1薄壁截面的扇性几何特性

1.1引言

1.2扇性特性的定义

1.2.1开口薄壁截面扇性坐标的定义

1.2.2闭口薄壁截面扇性坐标的定义

1.3扇性特性的理论计算

1.3.1扇性极点

1.3.2扇性零点

1.3.3其他扇性特性的计算

1.3.4闭口扇性坐标计算公式的推导

2板元模式法

2.1截面板元性质

2.1.1截面板元介绍

2.1.2截面板元的基本位移函数及其形函数

2.1.3弹性薄壁梁的扭转变形

2.1.4弹性薄壁梁的扭翘变形

2.1.5板元的中面法线转角与截面扭转角

2.2扭转及扭翘的截面板元位移模式

3截面常数的计算与比较

3.1引言

3.2截面常数计算

3.2.1截面扭转惯性矩计算

3.2.2截面的简化

3.2.3截面扇性惯性矩的定义式计算

3.2.4截面惯性矩的板元式计算

3.2.5截面惯性矩Ix和Iy计算

3.2.6算例

4梁理论和弯扭耦合振动方程

4.1引言

4.2梁的弯曲理论

4.2.1梁的横向弯曲

4.2.2剪切及剖面转动惯量的影响

4.2.3杆的扭转振动

4.3薄壁杆件的约束扭转

4.3.1约束扭转正应力及剪应力

4.3.2二次扭矩与双力矩

4.4弯扭耦合振动方程的推导及计算

4.4.1迁移矩阵法

4.4.2弯扭耦合振动方程的推导

4.4.2考虑畸变影响的惯性矩

4.4.3算例

5弯扭耦合振动方程的三梁模型

5.1引言

5.2闭口薄壁梁的约束扭转

5.3三梁模型

5.4动力微分方程的求解

5.5联接弹簧的弹簧刚度计算

5.6算例

附录

参考文献

致谢