极地小型邮轮结构冗余度试验研究

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随着全球出现极地旅游的趋向性,近年来对去往极地旅游的交通工具的需求呈现出逐年增长的趋势,其中,90%的游客选择乘坐邮轮进行极地旅游。极地邮轮在设计建造及航行过程中应该保证其具有足够的安全性,传统的许用应力设计方法可能会导致结构过于臃肿,而结构冗余度设计方法可以保证极地邮轮在具有合适安全裕度的同时结构不至于过于臃肿。对极地小型邮轮典型关键节点结构和加筋板结构进行准确的冗余度评估从而确定合适的结构冗余具有重要意义,而模型试验法是揭示结构冗余特性的最根本的方法。本文主要以极地小型邮轮的典型关键节点结构和加筋板结构为研究对象,采用模型试验法开展其结构冗余度评估。主要工作内容如下:(1)梳理CSR-H规范,确定了适用于极地小型邮轮的结构冗余度评估标准。其是通过假定结构损伤模式,计算损伤、完整结构的最大应力和极限承载力从而根据计算公式得出邮轮典型结构的冗余度。基于相似理论及方向性量纲分析方法对相似准则进行了推导,确定了本文试验对象的相似比。(2)针对典型结构设计了试验装置,为了保证实现关键节点结构边界条件、加载方式的精准模拟,根据典型关键节点的特征设计了实现固定约束的固定工装、实现自由支持结构的夹具、实现载荷施加的加载工装,上述工装组成了极地小型邮轮关键节点结构极限强度试验装置。采用数值方法对试验装置进行了极限强度计算,预报了本文设计的试验装置具有足够的强度承受试验过程中传递的力而不至于变形。(3)开展了邮轮典型关键节点和加筋板结构的极限承载力试验研究,并验证了ABAUQS准静态方法计算极限承载力的可行性,根据船体结构冗余度评估标准计算出了试验模型的结构冗余度。结果表明,当载荷持续增大,不连续纵舱壁结构为纵舱壁及其上垂直桁受压失效引起的整体崩溃,不连续上下层支柱结构为上层支柱受压、支撑T型材受剪失效引起的整体失效,加筋板结构为板格和加强筋受压失效引起的整体崩溃;数值仿真方法与试验方法得到的屈曲失效历程和屈曲失效模式基本一致;加筋板和不连续支柱结构具有良好的冗余度,出现局部损伤不会导致整体结构的崩溃。(4)以极地邮轮典型关键节点结构为研究对象,探究了不同结构形式对其冗余度的影响,确定了最佳的结构冗余优化设计方案,为今后的极地小型邮轮舷侧不连续纵舱壁结构的设计提供了一定的参考。
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