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舰船新型甲板结构型式的极限强度研究
| 论文题名： | 舰船新型甲板结构型式的极限强度研究 |
| 关键词： | 舰船;甲板结构;极限强度;纵向箱型梁;非线性有限元 |
| 摘要： | 舰船的生命力可以分为舰体损伤“之前”的生命力和舰体损伤“之后”的生命力两部分。随着现代高科技武器的飞速发展,在未来海战中,大型水面舰船将不可避免地受到各种反舰武器的威胁。舰船的“之后”生命力越来越受到各国海军的关注。在“之后”生命力的诸多要素中,舰体在损伤状态下的总纵强度显得格外重要,因为它是保证舰船能够继续生存的基础。为了提升舰船的“之后”生命力,对舰体新型结构型式的研究已经成为一大热点。德国F124护卫舰采用了以纵向箱型梁加强为特征的新型强力甲板结构型式。本论文基于极限状态设计的思想,对这种新型强力甲板结构型式的极限强度性能进行了分析。重点研究在典型的损伤状态下,新型结构型式相对常规结构型式,在剩余强度方面的优势。为了对典型的损伤状态进行合理的模拟,本论文搜集了大量历史海战的资料,从中总结出两种典型的舰船损伤模型:局部破口损伤模型和大变形损伤模型。对于破口损伤模型,采用“失效区域”的判断原则,将失效区域从结构总体中删去,并且为了做到分析的全面性,在计算时设置了多个失效区域大小和位置的组合;对于大变形损伤模型,采用设计冲击载荷通过动态响应分析来得到结构的几何大变形状态。设计冲击载荷的形式参考了空中爆炸的冲击特性。在研究舰船的剩余强度的过程中,定义了剩余极限强度的概念,并对分析结构极限强度时,所采用的非线性有限元法做了较全面的论述。为了研究从损伤状态模拟到剩余极限强度分析的具体过程,本论文首先基于一个简单模型算例进行实践,为实船计算打下基础。在准备工作完成后,本论文以某常规舰体为基础,参考F124护卫舰的设计在常规强力甲板结构型式上设置加装了三根纵向箱型梁结构构成新型舰体。作为初步设计,箱型梁结构的尺寸参考了周围构件的布置,并根据薄壁结构相关理论进行了稳定性校核。随后,本论文对常规舰体和新型舰体的极限强度性能进行了对比分析,分析包括初始极限强度、局部破口损伤状态下的剩余极限强度以及大变形损伤状态下的剩余极限强度三个方面。分析结果表明,在强力甲板上设置纵向箱型梁这种新型结构型式,相对常规结构型式,在舰体极限强度性能方面具有十分显著的优越性。本论文最后就纵向箱型梁对舰体极限强度的贡献及其机理进行了研究,为我国自行设计和研究舰船新型结构型式提供了有价值的参考。 |
| 作者： | 彭大炜 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 张世联 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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