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船体梁总纵极限强度分析

贺双元

  船体结构的极限强度问题是船舶结构设计中的重要问题,历来受到船舶结构力学工作者的高度重视。传统上,船体总纵极限强度的计算采用的是经典的线弹性理论。但随着对船舶破坏机理的认识和研究发现,在研究船体的总纵极限强度时,必须考虑构件的屈曲、屈服等各种可能的破坏模式,要考虑受压构件屈曲后及崩溃后的非线性性能的影响,同时还要考虑组成船体的各个构件发生破坏的渐进性质和相互作用等。由于计及了材料的和几何的非线性因素,总纵极限强度的计算变得非常复杂和困难。目前,计算总纵极限弯矩的方法主要有三种,即非线性有限元法,理想结构单元法和简化方法。用非线性有限元方法计算船体总纵极限弯矩,向来工作量大、代价昂贵,但它是精度更高的一种方法,其它的计算方法往往都以非线性有限元的计算结果作为参考和比照。因此,如果能够对实船用有限元法进行分析计算,所得的数据及计算中得到的经验都将是十分宝贵的。随着现代力学、计算力学以及计算机技术在软、硬件方面的发展,有限元分析无论是在理论,还是在计算技术方面都已取得了巨大的进步,很多通用有限元程序和专用程序都投入了实际应用,对结构进行有限元分析所需要的费用也迅速减少。当今国际上流行的有限元软件有MSC/NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、MSC/MARC、ADINA、ALGOR等,它们都提供了友好的用户界面、强大的计算分析功能和前后处理功能,并与多种图形软件提供了接口,如UG I-DEAS,CATIA,Pro/E等。有限元法已经被广泛地应用到航空、航天、汽车、船舶、水利、医学和生物等现代科学的各个领域。一些已有的计算分析已经表明,对于大型通用的有限元软件,只要合理地模拟结构的受载方式,模拟材料的非线性性能,采用合理的单元类型和网格尺度,并综合考虑极限强度分析的各种因素(如结构的残余应力、初始变形、材料的非线性性能等),通用有限元程序同样能获得精确的船体结构的极限承载能力。本文通过对一系列典型钢箱梁和实船结构的计算分析,讨论了如何通过使用通用有限元程序MSC/MARC对船体梁极限承载能力进行预报,以及如何提高整个有限元分析的精度,同时与其它计算方法、试验值进行比较,得出一些较为合理的建议,为今后有限元的分析提供参考。……   
[关键词]:船体结构;MSC/MARC;极限强度;有限元分析;后屈曲
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2005年