基于非線性有限元方法的箱梁極限強(qiáng)度分析.pdf

1、船舶極限強(qiáng)度問題是一個非常重要的課題,很多評估方法已經(jīng)應(yīng)用到對這一問題的研究中。在這些評估方法中,由于基于先進(jìn)的商業(yè)軟件的開發(fā)使得有限元方法最可取的。盡管在研究極限強(qiáng)度時有限元方法有一些費(fèi)時,但是FEM可以準(zhǔn)確評估極限強(qiáng)度。然而,正確使用有限元軟件,尤其是應(yīng)用于極限強(qiáng)度問題并不是一項(xiàng)容易的任務(wù)。本文的目的就是基于Ansys軟件,采用非線性有限元方法,建立一個評估箱梁極限強(qiáng)度的數(shù)據(jù)庫。
　　 本文首先介紹了對極限強(qiáng)度研究的歷史以及

2、有限元的應(yīng)用,介紹了極限強(qiáng)度的幾種分析方法,并且比較了史密斯方法,有限元法和理想結(jié)構(gòu)單元法。
　　 對于不同類型的結(jié)構(gòu)的設(shè)計,如各種船舶,海上平臺,以路基結(jié)構(gòu)以及航空航天結(jié)構(gòu),人們己意識到,極限臨界狀態(tài)(或極限強(qiáng)度)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了允許工作應(yīng)力。對于在極限狀態(tài)下的設(shè)計和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等評估,首要任務(wù)是確定導(dǎo)致極限臨界狀態(tài)產(chǎn)生的外力邊界。
　　 評估的方法分為:直接極限強(qiáng)度分析方法和逐步崩潰分裂,也可分為:經(jīng)驗(yàn)和分析方法;數(shù)值方法;實(shí)

3、驗(yàn)方法。
　　 在眾多的方法中,有限元法(FEM)被普遍認(rèn)為是最重要的工程結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域中的重大技術(shù)突破。電腦技術(shù)的飛速發(fā)展,使有限元方法成為解決工程方面問題的最熱門技術(shù)之一。這樣,在分析一種像船體結(jié)構(gòu)這樣的復(fù)雜問題時,有限元方法是唯一的,可以取得令人滿意的結(jié)果的工具。
　　 Ansys的是一種基于有限元建模套件求解多種力學(xué)問題的商業(yè)軟件之一。還有許多軟件,如Abaqus,ADINA軟件,LS-DYNA均應(yīng)用于這樣的領(lǐng)域。

4、所研究的力學(xué)問題包括:靜態(tài)/動態(tài)結(jié)構(gòu)分析(線性和非線性),傳熱和流體的問題,以及聲學(xué)和電磁問題。
　　 在一般情況下,對于任何問題的有限元分析可分為以下三個階段。
　　 預(yù)處理:定義問題。在預(yù)處理的主要步驟如下:
　　 -定義關(guān)鍵點(diǎn),線,面,體積
　　 -定義元素類型和材料,幾何性質(zhì)
　　 -網(wǎng)線/面/體積的要求
　　 解決方案:分配載荷,約束和解決。在這里我們將指定負(fù)載(點(diǎn)或壓力),約束

5、(平移和旋轉(zhuǎn)),最后得到結(jié)果。
　　 后期處理:進(jìn)一步處理結(jié)果。在這個階段你可能會希望看到:
　　 -節(jié)點(diǎn)位移名單
　　 -單元的受力和力矩
　　 -撓度圖
　　 -應(yīng)力等高線圖
　　 對于評估的極限強(qiáng)度,非線性分析給出的結(jié)果非常接近使用非線性材料和幾何分析的結(jié)果。
　　 船舶與近海結(jié)構(gòu)由加筋板和支撐單元構(gòu)成。加筋板和框架之間的平面板是最根本的結(jié)構(gòu)組成部分,受到由于水和貨物的直接作

6、用而引起的側(cè)向壓力作用,以及通過在系統(tǒng)級結(jié)構(gòu)反應(yīng)引起的面內(nèi)壓力。
　　 估計加筋板極限強(qiáng)度一個簡化方法,往往是要準(zhǔn)確評估后屈曲板的有效寬度。
　　 對于一個完整的船只,水平中軸的彎矩的主要截面壓力。由于應(yīng)力很高,這一力矩會形成于甲板和船底結(jié)構(gòu)中。這些區(qū)域可能就會由于遭受屈曲或塑料崩潰而失效。
　　 對于船體梁極限強(qiáng)度的研究十分重要,尤其在海軍艦艇中的情況引起了特別關(guān)注。不僅在完整狀態(tài),在意外碰撞后的極限強(qiáng)度,而且

7、在遭武器破壞后的極限強(qiáng)度,都必須予以考慮到。
　　 對于實(shí)際的一部分,它分為三個電源部分:
　　 -對的單獨(dú)的板的研究,包括在有無聯(lián)合負(fù)載的情況下的屈曲(單向壓縮,雙向壓縮,組合負(fù)載)和剪力的研究。
　　 -加筋板的極限強(qiáng)度,包括在有無聯(lián)合負(fù)載的情況下的屈曲的評估。
　　 在這兩個部分以10萬噸級雙殼油船結(jié)構(gòu)的外底加筋板為例,側(cè)面壓力為p=0.16MPa,采取極端(設(shè)計)的條件。
　　 -最后研究