船体带孔甲板的屈曲分析【开题报告】.doc

1、 毕业论文开题报告 船舶与海洋工程 船体带孔甲板的屈曲分析 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1.船舶甲板屈曲的研究现状 甲板是由板与骨架构成，对保证船体强度及不沉性有重要作用， 各 构件的质量与刚度具有分布的性质，包含了无限个质点。材料力学中，一根受轴压的直杆，当压力大到一定程度时，它将不能保持其原来的直线平衡状态，此时，若稍微给杆一个干扰，杆就将在其最小刚度平面内弯曲，这种现象叫做“失稳”，又称“屈曲”。当研究船体结构板时，它四周由骨架支持着，并且实际上骨架的临界力远大于板的临界力，因此当板 受压失稳时，骨架尚未失稳，它对板还起支持作用，使板的周界不能自由弯曲和趋近。另一

2、方面，船体板是连续的板，每一板格都收到相邻板格的牵制作用，因此板边不能自由趋近。所以板在失稳后，如果继续增加压力，板的挠度不会迅速增大，甚至在一定范围内挠度的增加率反而会减少。 当船舶在海上航行时，甲板和双层底距离船中横剖面中和轴位置最远，因此甲板和船底受到的总纵弯曲最大，船体甲板和船底最先可能受到受压屈曲破坏。屈曲强度和极限强度的计算是分析船体抵抗外载荷最大承载能力。这对于船舶安全性具有十分重要的作用。 目前，板的屈曲分析已受 到广泛重视。随着长时间理论和经验的积累，研究人员在前人的基础上发展了各种各样的研究屈曲方法。我们可将其归为以下四种方法。 （ 1） 理论解析法或半解析法； （ 2）

3、有限元法； （ 3） 实验法； （ 4） 基于实验结果和数值计算结果基础上的经验公式。 理论解析法或半解析法。较早研究加筋板的屈曲是 Timoskenko 和 Bleich。他们分别用能量法求解几根加筋，且加筋位置不同的加筋板的临界应力。当加筋板发生局部屈曲时，可将屈曲后的板按折减宽度计入梁剖面中，并按交叉梁系进行整体屈曲计算。我国学者在此方面的研究起步稍晚 。王震鸣等探讨了有缺陷的金属和复合材料加筋板壳的面板在局部屈曲前后的有效刚度问题，给出了加筋板在外载荷作用下面板先发生局部屈曲，或局部屈曲载荷与整体屈曲载荷相近时承载能力的近似计算方法，指出了提高加筋板承载能力的主要方法。 有限元法。考虑

4、到船体结构单元的相似性和非线性有限元数值计算方法的规模，许多学者发展了半经验半解析方法改进单元性能，减少单元的划分和计算复杂性。Ueda 及其合作者根据板梁、加筋板单元的非线性特征发展了理想化单元 ISUM 法。该方法中考虑了单元的几何非线性和材料非线性，和初始缺陷对加筋 板极限强度影响。 实验法。对板采用间断性和整体屈曲实验。在实验中，测得初始挠度最大值与板厚的比值范围，焊接残余应力与相当应力值比。 基于实验或数值计算结果基础上的经验公式。实际中，船体甲板结构的受力情况非常复杂，出了受到总纵弯曲外，还受到局部应力作用，带孔甲板还需考虑应力集中等因素。因此如果要精确计算甲板的屈曲强度，必须考虑

5、所有可能受到的全部载荷。此外，在建造过程中，船体结构不可避免得存有初始缺陷，如焊接残余应力等，它们往往使结构的承载能力下降。因此在研究甲板屈曲强度必须考虑初始缺陷的影响。 2 有限元法在带孔甲板屈曲计算中的应用 有限元法也称有限单元法或有限元素法，是计算机辅助工程 CAE 的一种，有限元方法已成为工程结构分析中应用最广泛、最有效的数值方法之一。在我国造船领域，有限元技术的发展始于 20 世纪 70 年代，经过多年的研究开发，一些专用软件广泛应用在船舶设计、计算中，对我国船舶事业的发展作出了重大的贡献 。至今，亦已成为船舶设计中常用的一种方法。 在用有限元法率计算时，首先将结构离散成很多单元，如

6、板元、膜元、梁元、杆元等，通过节点连接而构成计算模型。在此基础上计算单元刚度矩阵 ，再组装构成整个结构的刚度矩阵 ;同时，采用相应的办法 (如集中质量法或一致质量法 )构成质量矩阵。在研究带孔甲板的稳定性时，将甲板和甲板板架离散成有限的单元。通过改变不同的假定影响条件如孔的形状，型材的布置，计算出板在不同情况下的欧拉力，分析带孔甲板屈曲。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 ： 论文研究了船体结构中的带孔甲板屈曲计算方法，主要研究内容包括以下几个方面： (1)对矩形平板稳定性方程的求解。根据板的中性平衡方程求解出不同边界情况下的解。在此基础上讨论开孔后以及加上加强筋的屈曲。 (2)船体甲板屈

7、曲分析有限元理 论与方法，学习了有限元方法在板结构动力学分析中的理论和方法应用，主要有有限元基本理论、振动方程、板结构的刚度矩阵和质量矩阵计算、稳定性的计算等。 (3)对于 开孔甲板 的 屈曲 分析。 应用大型有限元计算软件 MSC.Patran/Nastran 完成了带孔甲板的分析，包括 Patran 软件模态分析功能学习、带孔甲板结构的有限元建模与计算、带孔甲板屈曲结果分析等。 三、研究步骤、方法及措施 ： 1、 学习 板梁结构 的相关内容，查找有关资料 ； 2、 学习有限元算法，对有限元有一定得了解 ； 3、 学习 Patran 软件基本操作 ； 4、 学习 Patran 软件 ，初步建

8、立三维模型； 5、 学习 Patran 软件 对模型进行不同大小网格的划分； 6、 用 Patran 软件 对模型进行屈曲分析； 四 、参考文献 1 陈炜 . 基于散货船共同规范的船体结构板格屈曲强度直接计算研究 D. 武汉 : 武汉理工大学 , 2010. 2 铁摩辛柯 . 板壳理论 M. 北京 : 科学出版社 , 1977. 3 WAN Zheng-quan, XU Bing-han.Stress Concentration Factors of Cutout of LongitudinalJ. Journal of Ship Mechanics, 2002, 6(3): 103 108. 4 Ohtomi K. Free Vibration of Rectangular Plates Stiffened With Vis2 coelastic Beams J. Journal of Applied Mechanics J, 1985, 52. 5 曾晓辉，戴仰山，庄慧忠双层板架的屈曲分析中国造船 ， 1999， 45（ 2）