文献综述-极限强度1

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1、文献综述——船舶与海洋结构物极限强度139010022陈星宇1概述极限强度就是船体结构抵抗整体崩溃的最大能力，当船受外加载荷作用达到极限状态时受到的弯矩为船所能承受的极限弯矩，船的总纵极限强度就是以此极限弯矩为衡量。船的整体崩溃本质上是总体刚度和承载能力的丧失。极限状态的分析是船舶结构设计基本任务之一。随着结构分析与设计技术的不断发展，船体结构设计和材料使用都日趋经济合理，船体结构在承受极限环境载荷作用下的最终强度问题就日益突出起来，研究船体结构在极端载荷作用下的整体力学行为和极限强度就成为国际船舶结构力学领域近期的一个热点研究课题。近来，计算机迅速发展颇令

2、人关注，现己可以模拟船舶结构构件和整体的屈曲及塑性崩溃过程的非线性分析。船体板厚也因计算机优化设计和高强度钢的运用而变薄，优化设计甚至可以裁减一些不必要的船体构件。船既要优化结构又要保证总体安全度，还能提高经济效益，这就使得准确的计算船体的总纵强度显得更加重要。近40年来，基于对船体梁在总纵弯矩作用下结构的破坏机理的理论与试验研究，已经建立了相对合理的和比较规范化的船体结构极限承载能力计算方法，取得了显著的研究迸展。但在如何合理地评估初始挠度、材料和几何非线性以及结构单元后屈曲等因素对船体梁极限承载能力地影响；以及考虑循环加载作用下的动态损伤过程，仍需要开展

3、进一步深入细致的研究工作。另外，国内主要是偏于逐步破坏方法的研究，自己的有限元计算软件很少，故研制更加简洁、实用、可靠、准确的计算方法和计算程序：开展实船与模型试验研究，验证计算方法和分析程序也是迫在眉睫。船体结构在特殊载况或恶劣环境下会受到一逐渐增加的外载荷作用，随着外载荷增加，船体结构部分主要构件会遭到破坏，受拉部分会因为屈服失效，受压部分会发生屈曲失效，但这并不意味着整个剖面的失效，这时船体剖面仍可以继续承载，剖面上的其他构件还可以进一步承载，包括失效构件转嫁过来的载荷。随着载荷继续增加，屈曲和屈服构件会逐渐增加，一直到最后的平衡状态，这时剖面达到了它

4、的极限承载能力，同时外加载荷达到了极限值，这即是整体结构的极限强度，也是我们需要估算的。但传统的以结构弹性失效准则为理论基础的船体结构总纵强度校核方法，由于没有考虑局部构件的失效(屈曲、屈服等)以及材料和几何菲线性的影响，无法准确预报船体结构的极限承载能力。船在加载压载过程中可能会受到极大弯矩的威胁，如果加压载不当就会出现船体受到的弯矩急剧增加，使船的局部产生不必要的破坏，甚至在加压载或卸载过程中出现船身断裂等的严重后果，像1980年在鹿特丹港正在卸载原油的一艘21．6万吨的VLCC(EnergyConcentration号)就是由于卸载不当导致船发生中拱断

5、裂。船体在正常情况下会承受比设计载荷要少的载荷，在正常载况和海况下也不会发生结构破坏，像屈曲和屈服等，但也可能会有局部屈曲。然而，在实际中船体受到载荷很难确定，特别是在恶劣海况下，在船受到不可避免的大风浪作用时，即使其符合设计的装载对船体来说也可能会成为极限载荷，因为在风暴作用下船受到的弯矩会增加从而使其达到极限弯矩。老龄船舶因存在腐蚀和疲劳等而导致的结构损坏也会使船的承载能力降低。如果能准确的预报船的极限强度，就可以预知哪种工况对船来说是最恶劣的，从而对其进行相应海况下的研究。另外，我们可以通过估算极限强度而预知船上哪部分的构件最易发生危险，从而可以加自动

6、报警系统或加强局部构件以方便我们能及时控制破坏程度，减小潜在危机。另外，要得知船极限纵强度，进行实船试验是最准确的。但船体是非常大的，且船一般都是按需建造，所以要想像汽车和飞机那样，对已知的船体进行实船的强度测试是非常困难的。历史上只对三艘驱逐舰在报废前进行实船的破损试验，这可能是因为意识到战船的船体强度的调查分析对国防是至关重要的。所以如何准确、可靠的预报船极限强度成了唯一选择。2国内外研究现状2.1国外的理论研究船体结构强度历来受到船舶工程界的广泛关注。早在1874年第15界造船师协会年会上，John[1]提出了船体结构总纵强度校核的方法体系(采用坦谷波

7、理论计算船体中剖面的最大弯矩、基于梁理论计算船体结构应力、以初始屈服弯矩作为船体结构强度衡准)，其基本内容一直沿用至今。随着结构分析与设计技术的不断发展，发展了多种计算船体总纵强度的数学模型，其中较具代表性的是直接计算方法、逐步破坏分析方法和数值计算方法。下面对国内和国外研究进展状况分别介绍，先介绍国外概况。2.1.1直接计算法Caldwell[2]早在1965年从船体截面的几何尺寸和材料的性质出发，认为船体截面失效是由材料屈服或结构屈曲引起的，通过对受压构件承载能力的折减以说明屈曲的影响，将船体极限状态假定为船体中剖面受压一侧全部屈曲、受拉一侧全部屈服，给

8、出了船体梁结构总纵极限弯矩计算方法，即直接计算法。到