集裝箱船船體結構極限強度研究.pdf

1、在過去的幾十年中，船舶事故的危害嚴重，人們對船舶結構極限強度的認識越來越深刻。船舶結構極限強度是衡量船舶最大承載能力的真實評估方式，超過極限強度之后船舶會發(fā)生崩潰破壞。極限強度計算可以考慮材料的彈塑性、初始變形和焊接殘余應力等等眾多影響因素，確定結構的真實安全冗余度。
　　集裝箱船的載貨量不斷提高，高強度鋼的應用越來越廣泛，船舶結構的應力水平比過去明顯提高。但相比普通鋼，高強度鋼僅僅是屈服強度有所提高，它們抗疲勞、抗腐蝕的能力并沒

2、有相應地提高。需要分析含裂紋和腐蝕損傷的船舶結構的剩余極限強度，這也是當今船舶力學界迫切需要解決的課題之一。
　　針對集裝箱船船體結構的極限強度問題，本文完成的主要工作有:
　　(1)系統(tǒng)歸納總結船舶結構極限強度的研究方法，評述含裂紋和腐蝕損傷船舶結構剩余極限強度的研究進展，闡述船舶結構極限強度研究的重要意義。
　　(2)基于薄壁結構力學，推導出彎曲極限強度試驗的相似模型設計條件，設計出某3100TEU集裝箱船的相似模

3、型，在剖面特性、彈性強度、屈曲強度和極限強度方面，驗證了模型和母型船的相似性。
　　(3)在彎曲相似模型設計條件的基礎上，推導出扭轉極限強度相似模型的設計條件，建立彎扭相似模型設計的優(yōu)化數(shù)學模型，找到滿足約束條件的模型構件尺寸。利用非線性有限元法，驗證了模型和母型船在彎扭極限強度方面的相似性。
　　(4)完成總縱極限強度的模型試驗，驗證了數(shù)值計算方法的有效性，實際觀察模型的真實破壞過程，測量出模型的中拱極限強度，分析試驗過程

4、中模型骨材和板格的變形和應力。利用ABAQUS軟件近似模擬模型的焊接殘余應力和初始變形，分析初始缺陷對模型極限強度的影響，然后對比模型試驗結果。
　　(5)分析裂紋損傷對閉口箱型梁扭轉極限強度的影響。以裂紋類型、裂紋長度、裂紋位置和箱型梁的壁厚為主要參數(shù)，考察裂紋損傷對閉口箱型梁扭轉極限強度的降低作用?；跀?shù)值分析結果，歸納出一個簡化計算公式，預測含裂紋損傷的閉口箱型梁的剩余扭轉極限強度。
　　(6)分析含裂紋損傷的開口箱型

5、梁的扭轉、壓縮、彎曲以及這些載荷組合作用下的極限強度。以裂紋類型、裂紋長度和裂紋位置和箱型梁的壁厚為參數(shù)，考察裂紋損傷對開口箱型梁極限強度的降低作用?；跀?shù)值分析結果，歸納出簡化計算公式，預測含裂紋損傷的開口箱型梁在單一載荷或聯(lián)合載荷作用下的剩余極限強度。
　　(7)研究裂紋和腐蝕對集裝箱船總縱極限強度的影響。參考IACS《集裝箱船檢測、評估和維修指南》，選取具有代表性的七種裂紋形式，分析裂紋對集裝箱船極限強度的影響，提出用剖面模

6、數(shù)的變化評估裂紋損傷對集裝箱船總縱極限強度的降低作用，歸納出簡化計算公式，預測含裂紋損傷的集裝箱船的剩余極限強度。參考ABS，CCS和DNV船級社規(guī)范，假定它們規(guī)定的腐蝕余量為集裝箱船最嚴重的腐蝕工況，分析均勻腐蝕對集裝箱船剩余極限強度的影響。
　　本文研究的創(chuàng)新性可以總結為以下三個方面:
　　(1)利用優(yōu)化方法設計出某集裝箱船的彎扭極限強度相似模型，完成了集裝箱船總縱極限強度模型試驗，總結了模型構件的失效模式和失效順序，驗

7、證了熱應力分析法近似模擬試驗模型的焊接殘余應力和初始變形的有效性，用弧長法準確地追蹤模型的極限強度和完整破壞過程。
　　(2)提出預測含裂紋損傷的閉口和開口箱型梁剩余極限強度的簡化計算公式，分析在扭轉、壓縮、彎曲或組合載荷工況下裂紋對箱型梁極限強度的損傷情況，研究中心裂紋、雙邊裂紋和單邊裂紋對極限強度的影響，評估裂紋損傷對閉口和開口箱型梁極限強度的降低作用。
　　(3)提出用剖面模數(shù)的變化評估裂紋損傷對集裝箱船總縱極限強度的