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基于理想结构单元法的典型船体结构动力极限强度研究
| 论文题名： | 基于理想结构单元法的典型船体结构动力极限强度研究 |
| 关键词： | 船体结构;加筋板;动力极限强度;理想结构单元法 |
| 摘要： | 如今，诸多学者采用静力方式模拟船舶承受的载荷，来研究船体结构的极限强度，并近似认为船体的崩溃是由于一次过载造成的。航行于波浪中的船舶时刻处于运动状态，动态波浪弯矩和砰击载荷等动载荷作用于船体并产生动响应，分析结构在动载荷作用下的极限强度可以更为真实的反映船舶的安全水平。加筋板结构是构成船舶的基本结构单元，研究其动力崩溃特性将有助于了解船体结构的崩溃机理，对船舶结构安全设计有着重要意义。 船体结构极限强度分析一直致力于寻找一种准确而又高效的计算方法。非线性有限元法（FEM）有着很高的精度，但大量的时间和计算资源的消耗，降低了求解效率。理想结构单元法（ISUM）将结构的屈曲和屈服等非线性行为理想化，并包含在单元公式中，可以达到与非线性有限元相当的计算精度，并能大幅缩短计算时间，以满足科研和工程实际需求。尤其是在大型结构体系的非线性分析上，理想结构单元法在计算效率上拥有显著的优势。 本文基于静力理想结构单元法和动力学方程的求解方法，发展理想结构单元法并用于船体加筋板结构的动力极限强度计算和崩溃行为分析，明确了加筋板结构的动力特性。本文主要完成了以下几个方面的工作： （1）运用有限元分析，得到船体板和加筋板的典型崩溃模态。 （2）建立ISUM板单元和梁柱单元，形成ISUM加筋板模型，用理想化的形函数描述结构在载荷作用下变形过程，推导非线性应变的增量表达形式。 （3）根据达朗贝尔原理和哈密顿变分原理，推导了结构的运动方程并深入探讨非线性动力学方程的求解和迭代格式。 （4）发展理想结构单元法用于动力分析，并使用Fortran语言编制了动力分析程序。 （5）计算典型加筋板的动力极限强度，对比静力极限强度结果，分析船体结构在动载荷和静载荷作用下崩溃行为的差异。 （6）对加筋板进行动力极限强度影响因素分析，探讨应变率效应、阻尼、初始变形、加筋板尺寸和动载荷作用周期等参数对加筋板动力极限强度的影响。 |
| 作者： | 马中原 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 裴志勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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