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局部加高腹板的变截面开孔梁极限承载力研究
| 论文题名： | 局部加高腹板的变截面开孔梁极限承载力研究 |
| 关键词： | 船体结构;变截面开孔梁;极限承载力;失效模式;数值仿真 |
| 摘要： | 船体结构以板架为主，板架中的强梁是船舶结构的主要支撑构件，保证强梁极限承载能力对保障船体结构的强度有重要意义。然而在一些有大量电子设备的特种船舶上，为了通过其复杂的管路系统和电缆，需要在强梁腹板上进行开孔尺寸、位置超出规范要求的开孔。对于超规范开孔，一般的加强方式无法保证强梁的极限强度，为此本文提出了一种局部加高腹板形成变截面开孔梁的特殊加强方式。在变截面开孔梁中，开孔和变截面对梁极限承载力的影响非常复杂。目前，国内外对此种变截面开孔梁的研究很少。本文结合试验与数值仿真对变截面开孔梁的极限承载力进行研究。 首先，对变截面开孔梁和等截面无开孔梁进行极限承载力试验，分析每根梁的失效模式和极限承载力。结果表明变截面开孔梁和等截面无开孔梁的极限承载力较为相近，证明了局部加高腹板形成变截面开孔梁这一加强方式的有效性。运用非线性有限元法对试验模型极限承载力进行模拟计算，将仿真的载荷、位移、应力结果和试验进行比较，两者吻合较好，验证了有限元方法研究变截面开孔梁极限承载力的准确性。 其次，运用有限元软件ABAQUS建立一系列变截面开孔梁模型进行极限承载力计算，选定单元划分方法并讨论单元尺寸对计算结果的影响，同时在有限元计算中基于屈曲模态引入焊接造成的初始变形。分析有限元计算结果，讨论开孔尺寸和开孔位置对变截面开孔梁极限承载力的影响，并在此基础上研究了变截面区域高度、变截面区域长度、变截面过渡区域形式以及变截面区域位置对变截面开孔梁极限承载力的影响，得到变截面开孔梁的失效模式为：开孔区域弯曲失效、开孔处形成塑性铰失效、变截面过渡区域弯曲失效、梁中部未开孔区域弯曲失效。 最终，总结得到变截面开孔梁的设计准则：开孔高度位置尽量靠近中和轴，开孔纵向位置尽量靠近变截面区域中部，开孔尺寸最大为0.7倍的腹板高度；变截面腹板高度不大于低腹板高度（hw）的1.5倍，变截面区域长度不大于开孔长度的6.25倍，变截面过渡区域过渡角为2-3且连接形式选择直线连接，变截面区域尽量靠近梁中部。 |
| 作者： | 王涛 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 徐双喜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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