船舶骨材開槽孔孔邊應(yīng)力集中機理及工藝力學特性研究.pdf

1、我國雖然已經(jīng)成為世界第一造船大國，但在科技水平和核心競爭力方面與造船強國還有不小的差距。這種大而不強的局面，對船舶行業(yè)的長遠發(fā)展十分不利。因此，依據(jù)船廠在實際建造過程中所遇到的實際問題，開展深入、系統(tǒng)的研究至關(guān)重要。傳統(tǒng)的船舶骨材開槽孔區(qū)域結(jié)構(gòu)復雜、數(shù)量多，所耗工時較大，需要新工藝的提出及應(yīng)用。與此同時，隨著船舶超大型化的發(fā)展趨勢，骨材開槽孔區(qū)域的結(jié)構(gòu)安全性也越來越受到人們的重視。因此，開展船舶骨材開槽孔孔邊應(yīng)力集中機理及工藝力學特性的

2、研究，對于孔型優(yōu)化及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義。
　　本文歸納整理了無限大開孔板孔邊應(yīng)力集中問題的理論求解方法，基于直接計算方法對船體結(jié)構(gòu)骨材開槽孔應(yīng)力分布進行了分析，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計開展了骨材開槽孔局部模型試驗研究，分析了不同加強方案及不同開孔形式在壓縮和彎曲載荷作用下的孔邊應(yīng)力分布情況，并基于數(shù)值仿真軟件 ABAQUS進行了相關(guān)仿真分析，討論了不同扶強材設(shè)置方案以及新式開孔形式的安全性以及工藝性，針對橫剖面不同區(qū)域的受力特點，給

3、出了骨材開槽孔布置建議。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）歸納整理了無限大板開圓孔和橢圓孔在單向拉伸、剪切以及彎曲載荷下孔邊應(yīng)力分布的理論計算方法，給出了無限大板非圓孔的求解過程，利用Maple軟件建立了該問題的求解程序，并通過與文獻計算結(jié)果比較驗證本程序的可靠性。
　?。?）以175,000DWT散貨船為研究對象，利用ABAQUS有限元軟件，根據(jù)《CCS鋼制海船入級規(guī)范》以及CCS《散貨船結(jié)構(gòu)直接計算分析指南》確定艙段模

4、型、載荷邊界及典型工況，分析了散貨船艙段結(jié)構(gòu)在典型工況下橫剖面不同位置的骨材開槽孔周圍的應(yīng)力集中情況及分布規(guī)律，以此為基礎(chǔ)，通過改變開孔形式，比較了孔型及加強方式對孔邊應(yīng)力集中的影響情況。
　?。?）開展了針對船體雙層底結(jié)構(gòu)的力學性能模型試驗，設(shè)計了有無補板、有無扶強材以及不同孔型的模型結(jié)構(gòu)，分別在壓載荷以及彎曲載荷形式下的孔邊應(yīng)力分布進行了測量，研究了不同加強方式以及孔型結(jié)構(gòu)對孔邊應(yīng)力分布的影響；同時驗證、完善了有限元數(shù)值仿真分