船舶加筋板屈曲模式的非线性数值计算

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随着船舶向着轻型化、大型化的趋势不断发展,船体结构的极限强度受到了广泛的重视,船体结构主体上以加筋板为主要承力构件,所以船舶结构的极限强度主要取决于加筋板。目前国内外研究主要基于一次性加载的静态载荷,而船舶在航行过程中,会受到海浪抨击、碰撞等循环载荷的作用。所以对加筋板施加循环载荷,更能准确模拟出船舶在实际航行过程中所受到的载荷。本文以船舶加筋板为主要研究对象,采用非线性有限元法,计算船舶加筋板在循环载荷作用发生的不同屈曲模式,以及不同种类加强筋尺寸、不同循环载荷对于屈曲模式的影响。主要研究内容如下:(1)设计几种不同工况下不同规格板格的实际算例,将非线性有限元计算结果与实验值、理论值、国外软件计算结果对比,以确定所采用有限元方法计算的准确性和可靠性。采用有限元方法对船体板格结构进行一次性加载与循环载荷作用下的极限强度计算,将两种计算结果进行对比,分析循环加载下加筋板极限强度的变化。(2)针对加筋板结构,采用非线性有限元方法计算分析进行单向、双向循环加载,分析加筋板结构在循环载荷下的屈曲模式以及极限强度。本文设置了20种不同的循环加载方式,采用非线性有限元方法对循环载荷作用下加筋板结构的极限强度进行计算,分析拉伸、压缩循环载荷、循环载荷加载幅度、侧压等对加筋板极限强度的影响。(3)讨论了加筋板的六种典型屈曲失效模式,选取十六种循环加载方式,对不同循环加载方式下的加筋板计算其屈曲模式,分析哪种屈曲模式对于加筋板结构破坏性比较大。选取扁钢、角钢、T型钢三种不同加强筋类型的加筋板,分析加强筋对于加筋板屈曲模式的影响。(4)将加筋板的六种屈曲模式进行对比,分析加强筋先于板失效的屈曲模式。选取不同循环加载方式,分析不同加强筋的承载能力,讨论加强筋尺寸对于极限加强筋承载能力的影响。对加强筋先于板失效屈曲模式进行非线性屈曲数值计算,讨论不同加载、加筋板尺寸对于加强筋先于板失效的影响。(5)基于ANSYS_PDS模块,利用随机灵敏度分析,分析不同加强筋参数对于加筋板屈曲模式的影响。根据实船加筋板算例,分析了对于哪些加强筋参数对于加筋板屈曲模式的影响更加灵敏,并给出结构改善建议。
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