基于Smith法的船体极限强度评估方法研究

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在评估船体极限强度的方法中,Smith法通过荷载增量迭代,结合离散后加筋板单元的力学性能,得到船体梁的弯矩-转角曲线,曲线峰值点所对应的弯矩为船体梁的极限弯矩。该方法思路清晰,可以考虑剖面构件的逐步破坏和结构的后屈曲特性,具有较好的精度且应用方便,目前已成为HCSR规范极限弯矩计算的推荐方法。Smith法的计算精度取决于单元应力-应变关系和剖面中和轴计算的精度。HCSR规范给出了典型失效模式下单元的应力-应变关系计算方法,但随着造船行业高强度钢的广泛应用,规范中单元应力-应变关系对于高强度钢单元是否适用,并未明确;此外,HCSR规范中仅给出了针对完整船对称剖面的中和轴确定方法-力平衡准则,该方法仅能考虑中和轴的上下平动。显然,对于存在中和轴偏转的非对称剖面,尤其是破损船舶,是不适用的。因此,有必要对基于HCSR规范的传统Smith方法进行改进研究,重点是高强度钢单元应力-应变关系的适用性和非对称剖面中和轴定位方法等。综上所述,本文内容主要包括以下几个方面:  1)Smith方法程序的开发。介绍Smith方法的基本原理、基本假设、计算流程,开发了基于HCSR规范的传统Smith方法程序。  2)高强度钢单元的应力-应变关系的研究。针对高强度钢材料曲线的特殊性,基于非线性有限元法研究了不同材料模型下应力-应变关系的差异,并与规范结果对比,验证规范公式是否适用于高强度钢。  3)中和轴定位方法的研究。总结中和轴位置的计算方法,考虑了中和轴的平移和转动,引入力平衡准则和力矢量平衡准则。采用多目标粒子群优化算法,将中和轴的位移和转角设为优化变量,将力平衡准则和力矢量平衡准则设为优化目标,通过粒子的迭代寻优确定中和轴的位置,有效地提升了搜索的精度和智能度。  4)双弯矩联合作用下船体极限强度的研究。利用改进的Smith法程序计算某船在不同角度下的极限弯矩,得到垂向极限弯矩和水平极限弯矩样本点,绘制出船体极限弯矩包络线,并拟合出显式的极限状态方程,最后预报出船舶的危险载荷,完成了双弯矩联合作用下船体极限强度的评估。
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