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循环载荷下基于热弹塑性有限元法的船体结构极限强度分析
| 论文题名： | 循环载荷下基于热弹塑性有限元法的船体结构极限强度分析 |
| 关键词： | 船体结构;极限强度分析;循环载荷;热弹塑性有限元法;数值模拟 |
| 摘要： | 船体极限强度评估对于保障船体结构的安全性至关重要，焊接制造过程产生的初始变形与残余应力等会降低船体结构的极限强度，准确获得船体结构焊接初始变形与残余应力是极限强度分析的重要前提。传统的船体结构极限强度研究，绝大多数着眼于评估单次载荷作用下船体结构的最大承载能力。但事实上，船体结构在经历波浪载荷的循环往复作用时，随着循环载荷次数的增加，船体结构非常可能产生塑性应变并不断累积。循环载荷下塑性变形的不断累积将使得船体结构的极限强度低于单次载荷下的极限强度。船体板和加筋板是船体梁的基本组成部分，研究其在循环载荷下的极限强度特性对于深入了解船体梁的整体崩溃具有重要意义。本文采用热弹塑性有限元法开展船体板和加筋板焊接数值模拟，在此基础上进行循环载荷下船体板及加筋板的极限强度分析，主要完成了以下工作： （1）采用热弹塑性有限元法，开展了实体单元模型与壳单元模型矩形板焊接数值模拟。对比分析了两种模型的各层温度、纵向残余应力以及垂向挠度，并进一步比较了两种模型的计算效率。 （2）采用热弹塑性有限元法，开展对接焊船体板和角接焊船体加筋板壳单元模型焊接过程数值模拟，研究了板厚对船体板纵向残余应力和垂向变形的影响，并分析了带板厚度对船体加筋板角接焊计算结果的影响。 （3）将焊接计算结果作为循环载荷下的船体板和扁钢加筋板极限强度分析有限元模型的预定义场载荷，开展循环载荷下的船体板、加筋板极限强度研究。同时探讨了板厚对循环压缩-拉伸载荷下船体板、扁钢加筋板（剩余）极限强度的影响。 （4）运用非线性有限元法，研究了板厚对单次压缩和循环压缩-拉伸载荷下船体板、扁钢加筋板极限强度时刻塑性屈服区分布的影响，同时讨论了材料属性对循环压缩-拉伸载荷下船体板和扁钢加筋板（剩余）极限强度的影响。 （5）运用非线性有限元法，研究了船体板和扁钢加筋板在单次压缩下和各次循环压缩下的极限强度差异，进一步讨论了载荷模式和板厚对循环压缩-拉伸载荷下船体板和扁钢加筋板（剩余）极限强度的影响。 |
| 作者： | 樊开敬 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 崔虎威 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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