船体梁结构的承载能力是国际船级考察船舶安全性要求的重要指标,学术界也一直将船体梁结构的极限强度评估作为研究的重点。船舶遭遇极限海况时,船体梁在波浪载荷作用下发生崩溃,这是一种动态的非线性过程。同时,船体梁变形与波浪载荷之间存在很强的非线性耦合,船体梁结构的承载能力变化与波高和周期密切相关。因此,为了准确描述超大型船舶在遭受极限海况而发生破损后的承载能力变化过程,评估最终的崩溃损伤程度,本文采用水弹塑性方法对船体梁在极限波浪载荷作用下的后极限强度行为进行研究。考虑到船体梁结构的运动和水动力之间的平衡,用波浪引起的船体及附加质量的惯性力补偿船体结构发生塑性大变形时所造成的不平衡状态,建立船体梁结构崩溃时的结构与载荷之间的耦合方程,分析不同参数对于船体梁崩溃程度的影响。采用非线性有限元方法计算船体梁结构的后极限强度行为,通过水池波浪载荷试验获得波浪载荷的设计弯矩,进而完成水池模型梁水弹塑性机理试验的方案设计。本文主要研究内容如下:(1)建立船体梁结构数学模型与极限波浪载荷数学模型的耦合方程,并对该耦合方程进行求解,获得船体梁在崩溃过程中各路径方程的解,并分析不同参数对船体梁崩溃程度影响,将船体梁崩溃模型简化为两个刚体模型中间用一个非线性的弹簧系统进行连接来模拟船体梁结构崩溃形成的“塑性铰”。该弹簧系统的非线性弯矩-曲率关系恰恰能够代表着船体梁结构的本构关系,它包含有弹性阶段、屈曲强度、极限强度,发生崩溃时的后极限强度行为,以及当结构系统达到平衡状态而卸载时的刚度恢复阶段的整个曲线变化规律。(2)运用有限元方法计算船体梁结构在静态载荷及动态载荷作用下的响应过程,研究船体梁结构在两种载荷作用模式下的失效模式与极限承载能力。(3)针对目标船设计船体缩尺比为1:40多多分段龙骨梁模型,开展水池波浪载荷试验,获得模型船在波浪载荷作用下的设计弯矩。(4)根据实船极限弯矩及水池波浪载荷试验设计弯矩间的比例关系,确定模型梁崩溃试验模型剖面模数,根据实船结构应力响应模式确定试验模型的形式。试验模型设计完成后,通过有限元计算分析及四点弯曲试验进行验证。最后将试验构件组装到缩尺比模型船体梁上完成水池水弹塑性机理试验方案设计。