【摘 要】
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船舶因其类型的多样性,结构的复杂性,涉及到材料非线性和几何非线性,以及其他许多影响因素,使得其结构响应非常复杂,很难估算其极限强度。到现在为止,对船舶结构的设计方法也只限于弹性范围,船舶尺寸由屈曲、屈服或疲劳极限来决定。这种设计方法隐含着一种假设,即船体梁还存在一定的极限强度余量。对于细长型船舶,这种设计方法是安全的。但是,过大的强度余量会造成对材料的利用不充分,是一种材料的浪费。同时由于船舶自重
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船舶因其类型的多样性,结构的复杂性,涉及到材料非线性和几何非线性,以及其他许多影响因素,使得其结构响应非常复杂,很难估算其极限强度。到现在为止,对船舶结构的设计方法也只限于弹性范围,船舶尺寸由屈曲、屈服或疲劳极限来决定。这种设计方法隐含着一种假设,即船体梁还存在一定的极限强度余量。对于细长型船舶,这种设计方法是安全的。但是,过大的强度余量会造成对材料的利用不充分,是一种材料的浪费。同时由于船舶自重过大,也就降低了载重量,是一种对船舶能力的浪费;另一方面,对于粗短型船舶,例如客船,具有由多层甲板组成的高而长的上层建筑,而上层建筑具有很低的剪切刚度,这就降低了其在船体梁总纵弯曲中的作用。而且,由剪切引起的屈曲也会降低剪切刚度,会更进一步加剧剪滞效应。另外,设计载荷是通过静态方法来确定的,当船舶驶入波浪中时,其实际所受弯矩有可能超过设计弯矩,这就使得传统的弹性设计理念存在一定的不安全性。基于这两方面的考虑,对船舶总纵极限承载能力的客观而精确的评价非常必要。
本文通过各种不同的方法计算船体梁总纵极限弯矩,主要内容为:
(1) 研究了考虑各种影响因素下,各种强度单元受拉和受压时的力学特性,以理论公式表示各种强度单元的载荷-端部缩短曲线,并基于逐步崩溃法原理,运用Microsoft Visual C++ 软件编制船体梁总纵极限弯矩的简化计算程序。
(2) 对(1)中方法所采用的载荷-端部缩短曲线进行验证及简化计算程序进行验证。对载荷-端部缩短曲线的验证通过有限元方法进行对比验证;对最终简化计算程序的验证分别采用有限元方法、BV船级社软件计算、传统减缩直接计算方法和试验结果进行对比,验证简化计算程序的合理性和计算精度。
(3) 基于耦合梁理论,采用BV船级社规范关于船体梁极限强度校核的载荷-端部缩短曲线,考虑单元之间的剪切和垂向力作用,介绍了一套完整的求解客船船体梁总纵极限弯矩的理论。
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