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小水线面双体船极限强度研究

刘斌

   小水线面双体船(简称SWATH船)具有宽大的甲板面积和优良的运动性能,但由于结构复杂,其极限承载能力一直非常受人关注,成为目前船舶结构强度和设计方法研究中的一个热点。现今船舶结构极限强度分析主要是数值计算与试验两种方法。计算船体的极限强度时,必须考虑构件的屈曲、屈服等各种可能的破坏模式,还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。由于船体结构复杂,并计及材料和几何的非线性因素,结构极限强度的计算非常复杂。目前,计算极限强度的方法主要有三种,即理想结构单元法,逐步破坏法和非线性有限元法。 本文采用结构模型试验与数值计算相结合的方法,预报了SWATH船的极限强度。由于小水线面双体船主要考虑船舶在横向弯曲作用下和弯扭组合作用下的极限强度,而且更加侧重横向弯曲对船体的作用,故外力主要模拟实船在波浪中的横向对开力。 首先运用相似理论,结合有限元计算,指导设计了极限强度试验模型。运用有限元软件MSC.Nastran分别对实船和试验模型进行分析,使得加载后的两个有限元模型的应力大小和应力分布基本一致。然后再运用非线性有限元软件MSC.Marc进行了SWATH船极限强度试验仿真,并将计算结果与试验结果进行对比分析,证明计算的有效性。最后通过一系列的数值计算,得出各构件对SWATH船极限承载能力的影响程度,并提高SWATH船的极限承载能力。 本文的目的是预报SWATH船的极限强度,对SWATH船的极限强度做一较为深入系统的研究,综合考察各构件对SWATH船极限强度的影响,给出提高SWATH船极限强度的计算方法和合理的工程建议,同时为SWATH船极限强度评估提供基础。围绕这一目的,本文主要完成了以下几个方面的工作: (1)对一条SWATH船进行了相似理论分析,设计了SWATH船的缩尺比例模型; (2)运用有限元软件MSC.Nastran对实船和试验模型进行有限元分析,依据有限元计算结果与相似理论进行比较分析,证明了试验模型设计的有效性; (3)模拟SWATH船在横向波浪中的作用,设计了并进行了试验模型的极限强度试验; (4)运用非线性有限元软件MSC.Marc,对模型船和实船进行了极限强度计算; (5)通过数值仿真与试验结果的比较,得出了SWATH船极限承载能力; (6)通过调整SWATH船各项构件厚度及尺寸,得出了提高SWATH船极限强度的有效途径。……   
[关键词]:相似理论;SWATH;极限强度;非线性有限元分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2009年
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