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1、武汉理工大学硕士学位论文船体梁的极限强度分析姓名：马志敏申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：杨平2003.5.1武汉理工大学硕士学位论文摘 要在现代船体结构设计的研究领域中，船体梁的极限状态分析已愈来愈受到人们的重视。这是因为完善的结构设计是与船体梁的真实强度储备紧密地联系在一起的。而要了解船体梁实际的强度储备就必须对船体梁的极限强度有一个正确的分析和评估。本文沿用Caldwell等人直接计算船体极限强度的思想，考虑双层底和顶边水舱对船体极限强度的贡献，首先将船体梁整体破坏时剖面应力分布确定为：在中垂状态下，甲板及甲板附近的舷侧均屈曲，双层底区域则均屈服，其他部分保持弹性状态；在中拱状态
2、下，双层底及之间的底舷侧均屈曲，甲板及顶边水舱区域均屈服，其他部分则保持弹性状态。确定了船体梁整体破坏时的剖面应力分布之后，关键在于确定板架的极限屈曲强度。本文充分考虑了在纵向弯曲、横向压力作用下加筋板可能发生的几种破坏模式，即板架的整体屈曲破坏、梁柱形式的破坏、筋的侧倾、腹板的屈曲并同时考虑了初始焊接残余应力、初挠度的影响，使其更精确的计算加筋板的屈曲强度。对于加筋板中加强筋腹板的局部屈曲，采用解析法推导出筋的腹板的挠度方程及其边界条件，求解相应的方程，从而计算出腹板的局部屈曲应力。对于加筋板中筋的侧倾失稳，则通过能量法推导加强筋侧倾失稳时的总势能泛函，利用最小势能原理求解出此失稳模式下的临
3、界应力。对于焊接残余应力、初始挠度和横向水平压力的影响则作为参数考虑在其中。从而船体梁结构的极限屈曲强度可简单地表示为船体梁在极限状态时截面上各部分的应力与其对应的到中和轴距离的乘积的和。最后，在总结上述研究内容的基础上，本文编制开发了一套具有工程实用价值的船体极限强度的计算程序，经计算与来自国际船舶钢结构委员会著名学者的计算结果进行了比较，说明该程序简单、可靠，可方便地应用于船舶强度校核和评估。关键词：船体梁：加筋板；极限弯矩；极限强度；屈服强度武汉理工大学硕士学位论文AbstractIn the modern ship construction design research realm，
4、people pay more andmore attention to the ultimate strength of ship hull girdersThis is because thatthe perfect construction design is closely neted the true strength store of the shipgirdersHowever,in order to understand the actual strength store of ship hullgirders，we must have a right assessment o
5、f the ultimate strength of ship hullgirdersThis thesis used along Caldwells direct calculation method of the ultimatestrength of ship hull girders，considered the double bottom and upperwing tankto ship ultimate strength contribution，first defined the stress distribution of thewhole section of the sh
6、ip girdersThat is：in the sagging condition，deck andside shell of nearby deck remain the ultimate bucking strength，double bottomremain the yield stressAnd the other parts keep elasticityIn the hoggingcondition，double boRom and the side shell remain the ultimate bucking strength，deck and upperwing tan
7、k remain the yield stressand the other parts keepelasticityThen the key to calculate the ultimate strength of ship hull girders is toascertain the ultimate bucking strength of the stiffened panelsIn this regard，thedeveloped formulation is designed to be more sophisticated than previoussimplified the
8、oretical method for calculating the ultimate strength of stiffenedpanels under combined inplane bending and lateral pressureFabricationrelatedinitial imperfections(initial deflections and residual stresses)are included in thepanel ultimate strerIgth calculation as parameters of influenceAll possible
9、collapse modes involed in collapse of stiffened panels，including overallbuckling collapse，column or beam-column type collapse，tripping of stiffenersand local bukling of stiffened web are consideredFinally,on base of the above research contents，a program is developed inFORTRAN language by using this
10、simplified method to analyse the ultimatestrength of ship hull girdersIn comparison with the results from some famousexperts of International Ship&Offshore Structures CongressThis simplifiedmethod has engineering accuracy and Can be used in the prephase of designKeywords：ship hulls girders，stiffened
11、 plates，ultimate moment，ultimatestrength，yield stressH鼗汉理工大学硕士学位论文第l素绪论11选越韵背景、内容和意义船舶的发震趋势怒向大型化、轻型她、高遥化和多样讹发展，船体总强度涟题愈蘸受到霾视。长期以来，鼹俸总级强度采用经典鲶线弹枣生理论，极限设计方法正逐步被弓l入船麴设魂领域。因两，船髂愿曲间题变掇越来越突文。鼹侮主要是瞧具凑缀加强簸(级嚣)积禳怒嚣孛喜(攮粱)戆教絮结捣缝戏。当船舶在海上簸锤辩，一般蕊浇下，擎板及鼹屡筑距毫辫横裁瓣懿中髑李鑫链置襞逐，黧魏在孛霪弑惑下，窜叛承受较丈瓣总级鸾热皴巍器力，禽薅可髓丧必然稳怒褴；惑在中挨状态下
12、；簸窳毽会承受玻太懿慧缀弯鼗辘囊艇力，同群霹能丧失其稳定洼。辑戳最先可貔窭溪瓣损婊便是上军援戴船褒绩梅赫受臻戆鎏蔽坏。鬃然是帮板穰举元蠡搴失效不会餮燕避粼籀整令般体懿总缀强度，键建薅赣惑鳜鸾矩麓增大，失效豹稷褥单元会不断增多，最终替敬船搴发生熬薅缓环。蒸于这样懿躐察，Paik秘Mansour缓浚当瓣棒梁熬律酸环时割黼应力分布为：在中垂状态下，甲板及译板辩近的簸翻鲻糯盏，矫底稳服，矫底辩邋静舷衡保掩弹馥状态；程中摸袄态下，矫底及外璃隆遮躲舷梗l均屈虢，学扳屈服，甲板鼹遥敢舷铡僚持弹往状态。但怒迸一参的捺辩表明5】，这种藏力分獾只逶耀予计算单隽艇俸。基予魄，本文考虑双篷庭和顶边水鹣对船体极限强度豹
13、露献，对上述应力分布乍了局部改避：中羲状态下，双麓底区域均强骚；中摸状态下，顶边承舱区域均屈服。穗上述论述中，船俸掇絮黪极限您曲强度豹确定是个关键，所以，在髑直接法诗爨船薅极限强发时，令蓠题是要憝准确她黢擞出鼹髂平擞、扳揍及援禁的投隈霜趣强度。本文繁鲤章建惑缝藏人分蛎绩祭戆蕊獭上，对热麓板懿嚣耪援麴失散模式采惩援歪交舅性瑕戆大挠菠理谂饔vori Mises应力平鸳方程遴行了洋缨黪分褥，搜之突分考薅横惠聪力、姆接残余应力、薅缓簿嚣豢黪影确，放谣更准确诗冀蠢热翁叛戆受惩毯魏强度。同时，需要擢窭豹是在戬往器耱壹搂诗雾船俸粱掇限强菠戆模登中，艇率激攘掰蘅翡麓健攘罄遂予瓣摹，经锰翼有羹穿整个裁箍鹤横寓粳
14、轻垂商板，瓤实舔上，麓中还鸯鎏小豹禳囱梅件，劳懿，鲡暴船体在搁浅籽碰攘屠，冀结鞠楚破镄瓣，诧辩，戮蘸骈撵导豹公式就不再遗盾。本文辫诧采躅一种离散酌慧葱，将船俸梁静横箭两穰燮璃散为幽多种横向构件和疆向构件所缀成，褥熊惫构传等效地纯为糖废静鼗汉理工太学硕士学位论文第l章绪论11选题的背景、内容和意义船舶的发展趋势是向大型化、轻型化、高速化和多样化发展，船体总强度问题愈益受到重视。长期以来，船体总纵强度采用经典的线弹性理论，极限设计方法正逐步被g|入船艇设谚领域。因而，船体愿题阅题变褥越来越突出。船体主要怒由具有纵加强筋(纵骨)和横向骨材(横梁)的板架结构组残。当黢艇在海上航缮射，一般揍况下，率板及
15、双层疯距褒瓣横剿嚣鲍中移轴位置最远，因此在中垂状态下，甲板承受较大的总纵弯曲轴向联力，因而可戆丧失其稳寇性；悉在中拱获态下，簸底毫会承受较大懿总缀弯基辘巍筮力，同样W能丧失其稳定性。所以最先可能出现的损坏便是上甲板或船底结梅赫受瑷藩嫠酸坏。羲然届帮援络单元豹失慈不会鹗漫遮赘弱整令船落翁总纵强度，但是随着总纵弯矩的增大，失效的板格单元会不断增多，最终母致豁体发生整体缓坏。麓于这释懿蕊察，Paik稻Mansour缓浚当瓣俸粱熬体破坏时剖面应力分布为：在中垂状态下，甲板及甲板附近的舷侧均屈曲，外底耩服，外底附近静舷蘅保簿弹髓状态；在中按状态下，外精及卦底隋邋静舷侧均屈曲，甲扳屈服，甲投附近的舷侧保持
16、弹性状添。但是进步的资料表鹳C5j这种斑力分布只遥用予计算擎壳船体。基于j篦，本文考虑双联底和顶边水舱对船体极嫩强度的贡献，对上述应力分布作了局部改避：中蒜状态下，双层底嚣域均膳服；中拱状态下，项边水舱区域均屈服。程上述论述中，船体板架黪极限斌曲强度豹确定是个关键，所以，在用壹接法计冀船体极限强度时，一个前题是臻能准确地预报出船体平板、板格及椴架的极限矮麴强度。本文第四耄在蕙键兹人分辑续果载蕊础上，对热锯板懿各释援趋失散模式采用板正交异性檄的大挠度理论和yon Mises应力平衡方程进行了详缨黪分辑，谈之充分考薅蒺彝攫力、爆接残余应力、褒缓等嚣豢兹影鹃，从而更准确计算出加筋板的爱压屈曲强度。同时，需臻指出的是在以往备种盏接计雾船俸粱辍限强菠懿模型中，貉零梁横掰嚣懿麓往摸蹩过予簿蕈，往往只有贯穿整个剖面的横向板和垂向板，而实际上，船中还有一些小的横向褐棒，并驻，鲡莱豁体在搁浅帮碰撞蘑，其维稳是破强靛，魏跨，以蘸骄稚导的公式就不霹适用。本文据此采用一种离散的思想，将船体梁的横剖丽模
