含损伤裂纹的船舶结构剩余极限强度分析

摘要

船舶结构在服役过程中,可能会遭受各种形式的损伤。除了腐蚀损伤以外,疲劳损伤是最为常见的一种损伤形式。在载荷作用下,裂纹可能产生于结构应力集中的焊接节点以及局部区域,且裂纹可能会伴随着船舶的整个寿命周期。目前基于断裂力学的相关理论对疲劳裂纹问题进行研究的较多,但对含裂纹船舶结构的剩余极限强度研究相对较少。从长远来看,这方面的研究将有利于评估老龄化船舶结构的结构完整性。
　　基于此,本文应用有限元工具对船舶典型结构(如板和加筋板)受单轴向压缩载荷作用下的极限强度进行了研究,分析了其受载的力学特性。
　　首先考虑了加筋板壳板的柔度系数、加筋板的柔度系数以及加强筋形式等参数对完整加筋板极限强度的影响。然后对含裂纹的矩形板进行了无量纲参数化分析和计算,主要考察了不同裂纹特征(裂纹长度、裂纹位置)以及几何特征(板厚、板的长宽比)的矩形板剩余极限强度的变化,并详细讨论了多裂纹存在下,干扰裂纹对主裂纹的裂纹尖端应力分布等的干扰作用。在矩形板的基础之上,进一步分析了裂纹形式、裂纹长度及裂纹位置对含裂纹加筋板以及加筋板板架的剩余极限强度的影响。最后,针对船体构件(如加筋板)因屈曲/屈服而导致其承载能力减弱的问题进行了分析,对某化学品船立体舱段取其箱型梁截面,利用Smith方法,通过逐步破坏分析求得其船体舯剖面的极限弯矩,进行总纵极限强度分析和校核。分析所得到的结论将有利于基于极限状态分析的老化开裂结构的时变可靠性评估。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 含裂纹船舶剩余极限强度研究的意义

1.2 含裂纹船舶结构强度的研究方法

1.3 含裂纹船舶结构强度的研究现状

1.4 本文研究的内容

2 船舶结构极限强度的研究方法

2.1 引言

2.2 有限元法的基本理论

2.3 非线性有限元分析软件abaqus的介绍

2.4 有限元法的算例验证

2.5 完整加筋板的压缩极限强度分析

2.6 小结

3 含裂纹损伤的平板的剩余极限强度分析

3.1 引言

3.2 含损伤裂纹的平板的结构模型

3.3 本章研究的裂纹板的材料模型以及边界条件的说明

3.4 含中心穿透裂纹平板的剩余极限强度分析

3.5 含边缘穿透裂纹的平板的剩余极限强度分析

3.6 含多条穿透裂纹平板的剩余极限强度分析

3.7 小结

4 含裂纹损伤的加筋板及板架的极限强度分析

4.1 引言

4.2 含损伤裂纹加筋板的极限强度分析

4.3 含损伤裂纹加筋板板架及结构模型

4.4 小结

5 基于Smith法的船舯剖面极限弯矩分析及总纵强度校核

5.1 引言

5.2 Smith计算方法的原理

5.3 bowling No.2模型极限弯矩计算及分析

5.4 某化学品船船舯剖面极限弯矩分析及总纵强度校核

5.5 小结

6 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文