大型邮轮大跨度T型梁多型密集开孔研究

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近年来邮轮、FPSO、军辅船、客滚船等高技术远洋客船飞速发展,这些船舶特点是功能齐备、技术含量高、施工难点多、结构复杂等特点。对于刚步入该领域的船厂和国家来说,探索阶段面临着巨大的风险,完全依靠国内过去的经验容易造成设计进展缓慢、建造进度滞后、成本过高等问题。而高技术远洋客船的建造设计经验有较强的属地特性,国外将这些设计建造经验整理后形成了设计惯例(Ship Design Practise),但国内的船舶设计建造人员很难接触到。在借助国内大型邮轮建造的机会,国内人员已经开始接触国外设计惯例,但是这些设计惯例的形成经验性、属地性极强,国内的设计建造人员不能对其进行直接使用,必须进行消化吸收形成适合我国建造实际的设计惯例。船体设计惯例是对高技术远洋客船建造过程中典型节点的归纳和总结,这些节点具有“全面性”“定制性”“典型性”的特征。高技术远洋客船的船体结构中强梁大量使用了大跨度T型梁,出于功能性和重量控制的要求需要对强梁进行多型密集开孔,通过开孔使得管系和电缆等设备通过,这样可以将设备层和结构层有效合并,大大增加了舱室的可利用空间,也更美观。但开孔必然削弱梁的有效承载面积,削弱了强梁承受弯曲和剪切应力的能力,降低了强梁的抗弯、抗压极限承载能力。为保证大型邮轮结构承载能力和强度要求同时考虑满足大型邮轮复杂舱室要求,必须着力解决大跨度强梁密集开孔造成的极限承载能力下降、结构强度不足、局部结构失效等变形等问题,因此有必要进行大跨度T型梁的多型密集开孔研究,制定典型开孔节点图册,用于实船建造。本文使用ANSYS中静态结构的特征值屈曲初步计算结构线性状态下的极限载荷,然后添加非线性材料属性、打开大变形并考虑添加初始缺陷进行开孔梁结构的非线性屈曲分析。而且通过由简到繁的方式来逐渐深入分析多型密集开孔的开孔参数对大跨度T型强梁对极限承载能力的影响。(1)分析了邮轮强梁结构的受力特点,明确了强梁常见开孔的孔型以及孔型和功能之间的对应关系,为有限元分析奠定基础。(2)采用特征值屈曲分析、非线性屈曲分析研究了单一开孔、单一孔型密集开孔、多型密集开孔对强梁极限承载能力的分析,根据研究结果总结了开孔梁屈曲失效模型。(3)根据不同失效模式采用参数相关性分析,研究了导致不同失效模式的主要影响参数。(4)研究了两种常见加强方式,探究了加强结构的参数对极限承载能力提升的程度。(5)设计了双轴压缩载荷的极限承载能力试验。
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