船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度分析研究

時間：2024-08-27 16:39:03 碩士論文我要投稿

　　引言：分析船舶結(jié)構(gòu)的極限強度是一個復雜而且非常有意義的過程。小編對船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度分析，歡迎大家閱讀!

船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)極限強度分析研究

　　摘要：當輪船受到外部沖擊載荷時，輪船整體結(jié)構(gòu)就會變形，當這個變形達到最大極限狀態(tài)，這時的極限狀態(tài)叫做極限彎矩。輪船整體構(gòu)架承受全部抗擊的最強能力是極限強度。本文對船舶結(jié)構(gòu)極限強度。進行了分析和研究，提出了有限元分析方法進行強度和極限分析。

　　關(guān)鍵字：極限強度，船舶，結(jié)構(gòu)，船舶與海洋工程

　　隨著科學技術(shù)的不斷進步，輪船結(jié)構(gòu)以及輪船使用的材料都有很大的進步。船體的整體結(jié)構(gòu)和材料成為當今社會研究的主要對象。隨著計算機技術(shù)的日益成熟，船體整體結(jié)構(gòu)和承受的。屈服力都可以采用軟件仿真來快速精確的計算。

　　1引言

　　船體的整體結(jié)構(gòu)和承受的能力是保證輪船安全的重要保障，它關(guān)系到輪船是否安全出航和安全返航。隨著先進的設(shè)計技術(shù)的進步，計算機相關(guān)設(shè)計軟件已經(jīng)可以。設(shè)計整體結(jié)構(gòu)和仿真測試船體的整體結(jié)構(gòu)。分析船體結(jié)構(gòu)和整體強度是一個復雜的非線性過程，必須進行合理的劃分，采用好的分析方法才能得出精確的數(shù)值。新材料的不斷出現(xiàn)使船體材料耗費變的越來越經(jīng)濟合理，同時船體結(jié)構(gòu)屈服強度也變的越來越理想。

　　在分析船舶整體結(jié)構(gòu)變形和極限強度的時候，我們所研究的絕大多數(shù)問題都是屬于線性的微弱形變問題。在微弱整體的結(jié)構(gòu)中，位移和應(yīng)變可以被線性化，等效于正比關(guān)系。但是，在實際中，不規(guī)則物體所受的應(yīng)力和應(yīng)變都不是線性的，常見的有懸臂梁的彎曲，U形梁的變形等等。

　　2總體結(jié)構(gòu)狀態(tài)

　　船舶的總體結(jié)構(gòu)狀態(tài)時一個非常復雜的過程。總體結(jié)構(gòu)的崩潰在過去幾年是一個非常普遍的現(xiàn)象，它是船體結(jié)構(gòu)所受沖擊超過了材料本身的極限，這時候支撐梁不能夠支撐船體整體結(jié)構(gòu)。以上情況不足為奇，在飛機和潛艇外體上也經(jīng)常出現(xiàn)類似情況。目前，中國的船體分析技術(shù)的研究還處于起步階段，與國外發(fā)達國家。先進水平仍有很大的差距。為了進一步研究分析，我國投入資金和人力，在實際工程中，建立一個比較完善的船體分析系統(tǒng)，包括原動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，同步船體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，輪船控制系統(tǒng)管理相關(guān)技術(shù)的研究，實驗研究了一系列模擬各種惡劣的條件下，容易控制船體結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵技術(shù)，并做了可行性分析。船舶具有非常重要的作用，特別是對船體分。析屈服強度的分析，輪船安全可謂海軍艦艇的生命線。動力和結(jié)構(gòu)形成一個整體輪船系統(tǒng)，為船體結(jié)構(gòu)極限強度分析的發(fā)展。指明了方向。

　　3極限強度分析法

　　如何分析船舶結(jié)構(gòu)的極限強度是一個復雜而且非常有意義的過程。分析這種復雜的船體結(jié)構(gòu)沒有一種比較準確的分析方法。在分析極限強度的時候，我們通常采用復雜問題簡單化，采用線性和非線性結(jié)合的方法，有限元和邊界元分析相結(jié)合的方法。

　　3.1逐步破壞分析法

　　上世紀末，美國物理學家的在基于對懸臂梁、加筋板在軸向壓縮載荷作用下結(jié)構(gòu)失效問題的研究成果中提出了逐步破壞的分析方法。船體結(jié)構(gòu)破壞不是一個迅速變化的過程，是一個一步一步的程序，同時也不會一下子超過屈服極限，隨著應(yīng)力的增大逐漸的增大的逐漸破壞。在進行破壞分析的時候，首先建立屈服應(yīng)力和位移的曲線關(guān)系。

　　3.2非線性分析法

　　分線性分析方法必須。對船體分析采用模塊化分析，必須充分考慮如何進行分段，分段之后逐個段進行非線性分析。在這個工程中，一個段的結(jié)構(gòu)有自己的不同，針對不同結(jié)構(gòu)進行線性化分析和非線性化分析。每個分段包含一個骨架間距內(nèi)的所有主要構(gòu)件，選擇或者利用發(fā)生崩潰概率最大的情況進行分析的原則，對所承受的分段骨架進行全面的分析和仿真。這種分析方法需要對每一段進行模型建立，然后一個模型模型的分析。船體總體結(jié)構(gòu)的彎曲和抗屈服能力不同導致分析結(jié)果不同。

　　3.3有限元分析法

　　有限元分析方法是結(jié)構(gòu)分析的簡單方法，它能把復雜問題簡單化，分析整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點和網(wǎng)格。在進行有限元分析的時候，通常對船體結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分，然后進行網(wǎng)格施加約束，在均勻網(wǎng)格上施加可變的。激勵，觀察整體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。采用這種方法能模擬船體的邊界條件和整體約束。有限元分析方法綜合考慮。船體的形狀和材料的不同，通過不同載荷的約束，我們可以分析出結(jié)構(gòu)極限(包括最大應(yīng)力，最大屈服極限)。最近幾年，有限元分析方法被應(yīng)用在船舶整體分析和部分結(jié)構(gòu)分析的案例非常多。這種分析方法有兩個個缺點。一是。不能很好的模擬真實環(huán)境，不能考慮周圍環(huán)境對整體結(jié)構(gòu)形變的影響。第二對于結(jié)構(gòu)復雜的構(gòu)件，有限元分析方法對于復雜的結(jié)構(gòu)不太實用，設(shè)置相關(guān)算法時間太長，不能在有效的時間完成任務(wù)。這種分析方法的優(yōu)點有以下幾個方面：

　　(1)對船體建模方式直觀明了。在分析結(jié)構(gòu)的時候可以采用線性劃分和非線性劃分網(wǎng)格。采用相關(guān)軟件完全可以分析所有動態(tài)結(jié)構(gòu)的模型和仿真。利用有限元分析模塊的可視化建模窗口，動態(tài)結(jié)構(gòu)的框圖和模型可迅速地建立和仿真研究。用戶需要選擇元件庫(對應(yīng)的子模塊程序模塊)中選出比較合適的模塊，然后并改變需要的形式，拖放到新建的建模窗口，鼠標點擊或者畫線連接都可以搭建非�？捎^的結(jié)構(gòu)模型。他的標準庫擁有的模塊遠遠大于一百五十多種，可用于搭建和仿真各種不同的、種類變化的動態(tài)結(jié)構(gòu)。模塊包。括輸入信號源子模塊、動力學元件子模塊、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)子模塊、數(shù)據(jù)顯示子模塊模塊等。模塊可以被設(shè)定為觸發(fā)端口和使能的端口，能用于模擬大模型結(jié)構(gòu)中存在條件作用的子模型的行為。

　　(2)可以構(gòu)建動態(tài)結(jié)構(gòu)模型�？蓜咏Y(jié)構(gòu)的模型可以修改并進行仿真。有限元分析還可以作為一種圖形化的、數(shù)字的仿真工具，用于對動態(tài)結(jié)構(gòu)模型建立和操作改變規(guī)律的研究制定。

　　(3) 模塊元件與用戶代碼的增添和定制。已有模塊的圖標都可以被用戶修改，對話框的重新設(shè)定。用戶完全可以把自己編寫的C代碼、FORTRAN代碼、Ada代碼直接植入模型中，此外模塊庫和庫函數(shù)都。是可定制的，擴展以包容用戶自定義的結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)模塊。。

　　(4)設(shè)計船舶結(jié)構(gòu)模型的快速、準確。他擁有優(yōu)秀的積分和微分算法，這樣給非線性結(jié)構(gòu)仿真帶來了極大的方便，同時也帶來了相對較高的計算精度�？梢赃x擇比較先進的常微分方程求解器和偏微分方程求解器，還可用于求解力學剛性的和非剛性的結(jié)構(gòu)，還可以求解具有事件觸發(fā)的邏輯結(jié)構(gòu)，求解或不連續(xù)狀態(tài)變量的結(jié)構(gòu)和具有代數(shù)環(huán)和參數(shù)環(huán)的結(jié)構(gòu)。軟件的求解器可以確保連續(xù)結(jié)構(gòu)或離散結(jié)構(gòu)的仿真高速、準確的進行。

　　(5)復雜結(jié)構(gòu)可以分層次地表達。根據(jù)個人需要，若干子結(jié)構(gòu)可以由各種模塊組織。按照自頂向下(從元器件到結(jié)構(gòu))或自底向上(從實現(xiàn)的每一個細節(jié)到整體結(jié)構(gòu))的方式搭建整個結(jié)構(gòu)模型。這種分級建模能力能夠使得代碼豐富的、體積龐大的、結(jié)構(gòu)非常復雜的模型可以簡便易于行動的構(gòu)建。結(jié)構(gòu)子模型的層次數(shù)量和子子模塊的分層次數(shù)量完全取決于所搭建的結(jié)構(gòu)，軟件本身不會限制到搭建的模型。有限元還提供了模型和子。模塊結(jié)構(gòu)瀏覽的功能。這樣更加方便了大型復雜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的操作。

　　(6) 仿真分析的交互式。該軟件顯示的示波器可以圖形顯示和動畫的形式顯示出來，數(shù)據(jù)也可以動作的形式顯示，What-if分析運行中可調(diào)整參數(shù)模型進行，監(jiān)視仿真結(jié)果能夠在仿真運算進行時�？蓭椭脩舨煌乃惴ǹ梢钥焖僭u估，進行參數(shù)優(yōu)化這種交互式的特征。

　　由于有限元模塊是全部融合于有限元，一次在有限元模塊下所有的計算的結(jié)果都完全可保存到有限元軟的工作空間中，因而就能使用有限元所具有的眾多分析、可視化及工具箱工具操作數(shù)據(jù)。

　　4船舶在軍事上的發(fā)展狀況

　　在軍事上的應(yīng)用：在上世紀90年代，以美國為首的國家海軍大力發(fā)展海軍輪船性能優(yōu)化，整體結(jié)構(gòu)和性能得到優(yōu)化。于93年提出了水面艦艇先進機械項目計劃(提前海洋表面計劃ASMP)。

　　美國的目的是建立一個國家的最先進的艦艇推進系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程作戰(zhàn)和抗高撞擊的能力。美國海軍采用先進的智能設(shè)備，同時采用電氣控制和機械控制系統(tǒng)。在同一時間滿足指定的性能，在分析極限強度上加大了投資，軍用船舶的其他方面投資也有顯著的減少。隨著ASMP計劃進一步研究，權(quán)力一體化“和”模塊化“的方法來研究船舶電力發(fā)電、運輸、轉(zhuǎn)化、分配。利用共享設(shè)置海軍的推進裝置用電、日常的用電。各種武器裝備輸電發(fā)電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的綜合電力系統(tǒng)，美國海軍相當重視電力在船艦上的應(yīng)用。

　　我國海軍在研究這方面也不遜色，國內(nèi)有先進設(shè)計理論和分析方法。對船舶承載能力和撞擊能力做過實驗分析。

　　5總結(jié)

　　本文介紹了船舶結(jié)構(gòu)極限分析的三種不同的方法，并進行了對比分析，最后得出結(jié)論：有限元分析方法耗時比較長，但是能夠很高的分析和仿真船舶結(jié)構(gòu)極限。

　　參考文獻

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