艦船新型甲板結(jié)構(gòu)型式的極限強(qiáng)度研究.pdf

1、艦船的生命力可以分為艦體損傷“之前”的生命力和艦體損傷“之后”的生命力兩部分。隨著現(xiàn)代高科技武器的飛速發(fā)展,在未來海戰(zhàn)中,大型水面艦船將不可避免地受到各種反艦武器的威脅。艦船的“之后”生命力越來越受到各國(guó)海軍的關(guān)注。在“之后”生命力的諸多要素中,艦體在損傷狀態(tài)下的總縱強(qiáng)度顯得格外重要,因?yàn)樗潜ＷC艦船能夠繼續(xù)生存的基礎(chǔ)。為了提升艦船的“之后”生命力,對(duì)艦體新型結(jié)構(gòu)型式的研究已經(jīng)成為一大熱點(diǎn)。德國(guó)F124護(hù)衛(wèi)艦采用了以縱向箱型梁加強(qiáng)為特征

2、的新型強(qiáng)力甲板結(jié)構(gòu)型式。本論文基于極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的思想,對(duì)這種新型強(qiáng)力甲板結(jié)構(gòu)型式的極限強(qiáng)度性能進(jìn)行了分析。重點(diǎn)研究在典型的損傷狀態(tài)下,新型結(jié)構(gòu)型式相對(duì)常規(guī)結(jié)構(gòu)型式,在剩余強(qiáng)度方面的優(yōu)勢(shì)。為了對(duì)典型的損傷狀態(tài)進(jìn)行合理的模擬,本論文搜集了大量歷史海戰(zhàn)的資料,從中總結(jié)出兩種典型的艦船損傷模型:局部破口損傷模型和大變形損傷模型。對(duì)于破口損傷模型,采用“失效區(qū)域”的判斷原則,將失效區(qū)域從結(jié)構(gòu)總體中刪去,并且為了做到分析的全面性,在計(jì)算時(shí)設(shè)置了多個(gè)

3、失效區(qū)域大小和位置的組合;對(duì)于大變形損傷模型,采用設(shè)計(jì)沖擊載荷通過動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析來得到結(jié)構(gòu)的幾何大變形狀態(tài)。設(shè)計(jì)沖擊載荷的形式參考了空中爆炸的沖擊特性。在研究艦船的剩余強(qiáng)度的過程中,定義了剩余極限強(qiáng)度的概念,并對(duì)分析結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度時(shí),所采用的非線性有限元法做了較全面的論述。為了研究從損傷狀態(tài)模擬到剩余極限強(qiáng)度分析的具體過程,本論文首先基于一個(gè)簡(jiǎn)單模型算例進(jìn)行實(shí)踐,為實(shí)船計(jì)算打下基礎(chǔ)。在準(zhǔn)備工作完成后,本論文以某常規(guī)艦體為基礎(chǔ),參考F124護(hù)

4、衛(wèi)艦的設(shè)計(jì)在常規(guī)強(qiáng)力甲板結(jié)構(gòu)型式上設(shè)置加裝了三根縱向箱型梁結(jié)構(gòu)構(gòu)成新型艦體。作為初步設(shè)計(jì),箱型梁結(jié)構(gòu)的尺寸參考了周圍構(gòu)件的布置,并根據(jù)薄壁結(jié)構(gòu)相關(guān)理論進(jìn)行了穩(wěn)定性校核。隨后,本論文對(duì)常規(guī)艦體和新型艦體的極限強(qiáng)度性能進(jìn)行了對(duì)比分析,分析包括初始極限強(qiáng)度、局部破口損傷狀態(tài)下的剩余極限強(qiáng)度以及大變形損傷狀態(tài)下的剩余極限強(qiáng)度三個(gè)方面。分析結(jié)果表明,在強(qiáng)力甲板上設(shè)置縱向箱型梁這種新型結(jié)構(gòu)型式,相對(duì)常規(guī)結(jié)構(gòu)型式,在艦體極限強(qiáng)度性能方面具有十分顯著的