集裝箱船船體結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度研究.pdf

1、在過去的幾十年中，船舶事故的危害嚴(yán)重，人們對(duì)船舶結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)越來越深刻。船舶結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度是衡量船舶最大承載能力的真實(shí)評(píng)估方式，超過極限強(qiáng)度之后船舶會(huì)發(fā)生崩潰破壞。極限強(qiáng)度計(jì)算可以考慮材料的彈塑性、初始變形和焊接殘余應(yīng)力等等眾多影響因素，確定結(jié)構(gòu)的真實(shí)安全冗余度。
　　集裝箱船的載貨量不斷提高，高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用越來越廣泛，船舶結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平比過去明顯提高。但相比普通鋼，高強(qiáng)度鋼僅僅是屈服強(qiáng)度有所提高，它們抗疲勞、抗腐蝕的能力并沒

2、有相應(yīng)地提高。需要分析含裂紋和腐蝕損傷的船舶結(jié)構(gòu)的剩余極限強(qiáng)度，這也是當(dāng)今船舶力學(xué)界迫切需要解決的課題之一。
　　針對(duì)集裝箱船船體結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度問題，本文完成的主要工作有:
　　(1)系統(tǒng)歸納總結(jié)船舶結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的研究方法，評(píng)述含裂紋和腐蝕損傷船舶結(jié)構(gòu)剩余極限強(qiáng)度的研究進(jìn)展，闡述船舶結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度研究的重要意義。
　　(2)基于薄壁結(jié)構(gòu)力學(xué)，推導(dǎo)出彎曲極限強(qiáng)度試驗(yàn)的相似模型設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)出某3100TEU集裝箱船的相似模

3、型，在剖面特性、彈性強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度和極限強(qiáng)度方面，驗(yàn)證了模型和母型船的相似性。
　　(3)在彎曲相似模型設(shè)計(jì)條件的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出扭轉(zhuǎn)極限強(qiáng)度相似模型的設(shè)計(jì)條件，建立彎扭相似模型設(shè)計(jì)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，找到滿足約束條件的模型構(gòu)件尺寸。利用非線性有限元法，驗(yàn)證了模型和母型船在彎扭極限強(qiáng)度方面的相似性。
　　(4)完成總縱極限強(qiáng)度的模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的有效性，實(shí)際觀察模型的真實(shí)破壞過程，測(cè)量出模型的中拱極限強(qiáng)度，分析試驗(yàn)過程

4、中模型骨材和板格的變形和應(yīng)力。利用ABAQUS軟件近似模擬模型的焊接殘余應(yīng)力和初始變形，分析初始缺陷對(duì)模型極限強(qiáng)度的影響，然后對(duì)比模型試驗(yàn)結(jié)果。
　　(5)分析裂紋損傷對(duì)閉口箱型梁扭轉(zhuǎn)極限強(qiáng)度的影響。以裂紋類型、裂紋長(zhǎng)度、裂紋位置和箱型梁的壁厚為主要參數(shù)，考察裂紋損傷對(duì)閉口箱型梁扭轉(zhuǎn)極限強(qiáng)度的降低作用?；跀?shù)值分析結(jié)果，歸納出一個(gè)簡(jiǎn)化計(jì)算公式，預(yù)測(cè)含裂紋損傷的閉口箱型梁的剩余扭轉(zhuǎn)極限強(qiáng)度。
　　(6)分析含裂紋損傷的開口箱型

5、梁的扭轉(zhuǎn)、壓縮、彎曲以及這些載荷組合作用下的極限強(qiáng)度。以裂紋類型、裂紋長(zhǎng)度和裂紋位置和箱型梁的壁厚為參數(shù)，考察裂紋損傷對(duì)開口箱型梁極限強(qiáng)度的降低作用?；跀?shù)值分析結(jié)果，歸納出簡(jiǎn)化計(jì)算公式，預(yù)測(cè)含裂紋損傷的開口箱型梁在單一載荷或聯(lián)合載荷作用下的剩余極限強(qiáng)度。
　　(7)研究裂紋和腐蝕對(duì)集裝箱船總縱極限強(qiáng)度的影響。參考IACS《集裝箱船檢測(cè)、評(píng)估和維修指南》，選取具有代表性的七種裂紋形式，分析裂紋對(duì)集裝箱船極限強(qiáng)度的影響，提出用剖面模

6、數(shù)的變化評(píng)估裂紋損傷對(duì)集裝箱船總縱極限強(qiáng)度的降低作用，歸納出簡(jiǎn)化計(jì)算公式，預(yù)測(cè)含裂紋損傷的集裝箱船的剩余極限強(qiáng)度。參考ABS，CCS和DNV船級(jí)社規(guī)范，假定它們規(guī)定的腐蝕余量為集裝箱船最嚴(yán)重的腐蝕工況，分析均勻腐蝕對(duì)集裝箱船剩余極限強(qiáng)度的影響。
　　本文研究的創(chuàng)新性可以總結(jié)為以下三個(gè)方面:
　　(1)利用優(yōu)化方法設(shè)計(jì)出某集裝箱船的彎扭極限強(qiáng)度相似模型，完成了集裝箱船總縱極限強(qiáng)度模型試驗(yàn)，總結(jié)了模型構(gòu)件的失效模式和失效順序，驗(yàn)

7、證了熱應(yīng)力分析法近似模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮附託堄鄳?yīng)力和初始變形的有效性，用弧長(zhǎng)法準(zhǔn)確地追蹤模型的極限強(qiáng)度和完整破壞過程。
　　(2)提出預(yù)測(cè)含裂紋損傷的閉口和開口箱型梁剩余極限強(qiáng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，分析在扭轉(zhuǎn)、壓縮、彎曲或組合載荷工況下裂紋對(duì)箱型梁極限強(qiáng)度的損傷情況，研究中心裂紋、雙邊裂紋和單邊裂紋對(duì)極限強(qiáng)度的影響，評(píng)估裂紋損傷對(duì)閉口和開口箱型梁極限強(qiáng)度的降低作用。
　　(3)提出用剖面模數(shù)的變化評(píng)估裂紋損傷對(duì)集裝箱船總縱極限強(qiáng)度的