船體結(jié)構(gòu)加勁板的屈曲分析【文獻綜述】

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1、畢業(yè)設計文獻綜述船舶與海洋工程船體結(jié)構(gòu)加勁板的屈曲分析1.本文的研究背景及意義結(jié)構(gòu)的屈曲分析是強度理論的分枝之一，對結(jié)構(gòu)的安全性是很重要的。而現(xiàn)在飛速發(fā)展的科學技術(shù)和涌現(xiàn)出來的高強度材料，材料的強度已經(jīng)不是主要關(guān)心的方面了，而且拉應力作為主要研究方向的也不是很重要了，而是側(cè)重壓應力為主，在結(jié)構(gòu)設計中顯得重要了起來。在建筑、橋梁、航空和海洋工程中都面臨著這一課題。在保證安全的情況下，最大限度降低材料的消耗，成為了結(jié)構(gòu)設計工作者的一個重要課題。所以在符合結(jié)構(gòu)設計的功能要求、保證結(jié)構(gòu)的安全前提下，每一個設計工作者都在追求如何最大限度地節(jié)省材料。因此急需研究人員提

2、供一個精確，實用且與理論結(jié)果相接近的研究方法。船體結(jié)構(gòu)設計中的穩(wěn)定性研究很重要，船舶結(jié)構(gòu)力學工作者一向高度重視。最近幾年，船舶排水量越來越大、船體結(jié)構(gòu)重量反而越來越小，在強度的要求下，高強度鋼被運用的很多。船舶結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剖面尺寸越來越小，結(jié)構(gòu)剛度越來越低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題顯得尤為重要。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指在承受外力荷載時能夠保持結(jié)構(gòu)初始形狀的能力。屈曲是指結(jié)構(gòu)從初始形狀向其他形狀的突變。此時的平均應力稱為屈曲應力或臨界應力。它取決于結(jié)構(gòu)的尺寸、形式、材料和所受壓力分布模式和邊界條件。研究結(jié)構(gòu)的屈曲就是要求求出臨界應力，并使該值不小于其所受的壓應力，使結(jié)構(gòu)能正常工作

3、。船體結(jié)構(gòu)的屈曲分析，一般要求計算結(jié)構(gòu)的臨界應力。加筋板結(jié)構(gòu)可以節(jié)省大量材料，而且還能保證結(jié)構(gòu)實用性和安全性，提高了結(jié)構(gòu)的效率和經(jīng)濟性，在海洋工程，土木工程，航空工程，能源工程，橋梁工程等等的工程領域中被廣泛應用。如何快速預估結(jié)構(gòu)的承載能力，合理地對船舶結(jié)構(gòu)進行設計，漸漸成為船舶研究的一個熱點之一。2.船體結(jié)構(gòu)加筋板屈曲的原因分析當結(jié)構(gòu)所受載荷達到某一值時，若增加一微小的增量，則結(jié)構(gòu)的平衡位形將發(fā)生很大的改變，這種情況叫做結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或屈曲，相應的載荷稱為屈曲載荷或臨界載荷。結(jié)構(gòu)的屈曲問題按結(jié)構(gòu)屈曲時的材料性質(zhì)及工作應力水平，可將屈曲分為彈性屈曲、塑性屈曲和彈

4、塑性屈曲間。彈性屈曲-結(jié)構(gòu)屈曲前后仍在小變形假定的范圍內(nèi)處干彈性狀態(tài)時，稱之為彈性屈曲;塑性屈曲-結(jié)構(gòu)在塑性應力狀態(tài)下發(fā)生屈曲時，稱之為塑性屈曲；彈塑性屈曲-介于彈性屈曲和塑性屈曲之間的一種屈曲形式，屈曲前結(jié)構(gòu)處于彈性應力狀態(tài)，而屈曲時由于擾動變形使一部分材料進入塑性，即屈曲發(fā)生后材料處于彈塑性應力狀態(tài)。由于上述三種屈曲現(xiàn)象中材料性質(zhì)呈現(xiàn)出本質(zhì)上的差別，因此整個屈曲過程也表現(xiàn)出各自不同的特點。3.船舶屈曲的分析近二十年來，廣大造船工作者在板架和加筋板穩(wěn)定性的計算方法、試驗研究等方面做了不少研究。目前對加筋板的屈曲分析，主要有三種方法：(1)基于實驗結(jié)果或數(shù)

5、值計算結(jié)果基礎上的經(jīng)驗公式。(2)有限元法；(3)理論解析法或半解析法；3.1經(jīng)驗公式法Chapman和Smith（1991）等人通過大量測試獲得了加筋板的經(jīng)驗公式。西原誠一郎（Nishihara）經(jīng)過大量的理論分析和實際實驗測試，在1983獲得了經(jīng)驗公式關(guān)于局部和總體破壞。Lin（1985）基于前人的實驗數(shù)據(jù)，提出了對加筋板極限強度進行預報的參數(shù)表達式，主要參數(shù)為加筋間板的細長比和加筋板梁柱細長比，經(jīng)過有限元分析后，提出了計算加筋板極限強度的公式。Paik（1997）注意到Lin所用數(shù)據(jù)局限在大尺寸加筋板，具有較小的梁柱細長比的加筋板，當>1時明顯偏小。

6、Paik利用>1的實驗結(jié)構(gòu)，使用與Lin類似的表達式，提出用于預估加筋板極限強度的公式，改善了對>1的結(jié)構(gòu)預估性能。Paik的表達式也有缺陷，加筋扭轉(zhuǎn)屈曲的參數(shù)高厚比沒有被考慮，而發(fā)生這類破壞時，另兩類破壞的極限強度一般大于此類破壞，因此Paik公式預估的此類破壞極限強度值過高，也沒考慮焊接殘余應和初始缺陷的影響。事實上，船體結(jié)構(gòu)加筋板的受力情況很復雜，除了由于總縱彎曲而產(chǎn)生的縱向壓力以外，還有水的橫向壓力。為了更加精確的分析加筋板的屈曲，必須考慮其所受到的全部載荷，Yao等人在這些方面做了大量實驗。由于加工制造等原因，船體結(jié)構(gòu)中必然存有初始缺陷，往往降低

7、了結(jié)構(gòu)的承載能力。因此在對加筋板進行屈曲分析時也必須盡可能的考慮初始缺陷的影響。各船級社規(guī)范中給出的加筋板極限強度的表達式，大多數(shù)也是經(jīng)驗公式。3.2有限元法考慮到非線性有限元數(shù)值計算方法的規(guī)模，學者們研究出了大量半經(jīng)驗半解析方法以減少單元的劃分，改進單元性能和減小計算復雜性。Ueda（1991)等根據(jù)板梁、加筋板單元的非線性特征發(fā)展了理想化單元ISUM（IdealizedStructureUnitMethod）法。該方法中考慮了單元的材料非線性和幾何非線性，以及初始缺陷對加筋板極限強度影響。Bai和Bendiksen（1993）推導出了改善的用于加筋板有

8、限元分析的新方法。Paik（2000）開發(fā)出了可以簡單、快速、有效