基于smith法的高速巡逻艇极限强度评估

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1、基于Smith法的高速巡逻艇极限强度评估　　摘要：针对高速巡逻艇的极限强度评估问题，根据中国船级社《水面舰艇入级规范》（2011）的要求，给出了极限强度评估流程。以某新设计的高速巡逻艇为例，采用规范法计算了船体梁承受的极限弯矩，编写了校核在中垂和中拱工况下船体梁横剖面的极限弯矩能力的计算程序，根据程序计算结果对该艇进行了极限强度评估。结果表明，本文方法使用方便，精度满足工程要求，可为此类船型的极限强度计算提供参考。　　关键词：高速巡逻艇；极限承载力；极限弯矩；Smith法；强度评估　　中图分类号：U661.4文献标识码：A　　Abstract：This

2、paperfocusesontheultimatestrengthoffastpatrolboatandpresentsthewholeevaluationprocedureaccordingtotherequirementoftheCCSRulesforClassificationofSurfaceNavalShip2011.Bytakinganewlydesignedfastpatrolboatasanexample，theultimatebendmomentiscalculatedbytheruleformula，andacodeforcalcu

3、lationofultimatecapabilityundersaggingandhoggingconditionsisdeveloped，thecode’scalculationresultsareusedtoevaluatethehullgirderultimatestrengthoftheboat.Theresultshowsthatthismethodoperatesconvenientlywithenoughprecisionandcangivereferenceforultimatestrengthevaluationoftheboat.　

4、　Keywords：Fastpatrolboat；Ultimatecapability；Ultimatebendmoment；Smithmethod；Strengthevaluation　　1前言　　高速巡?艇航速较快，结构重量较轻，在设计过程中会对其结构进行充分的优化。为了保证其结构安全，合理的评估其极限强度显得非常重要。准确计算其船体遭受的极限外载荷和评估其船体极限承载能力对高速巡逻艇的设计和营运具有重要意义。　　本文首先基于CCS规范[1]给出的外载荷计算公式求得某高速巡逻艇的设计载荷，然后采用Smith法计算了船体极限承载力的计算流程，并根据规

5、范要求进行了极限强度评估。　　2船型概述及计算流程　　Smith法是计算船体极限弯矩的常用方法，其原理是增量-迭代法，也是目前CSR规范中推荐的计算方法[9]。通过逐渐增加船体纵向弯曲曲率的形式反映剖面构件的破坏过程，结合离散后的有效单元的力学性能分析，得到船体梁的弯矩-曲率曲线。当曲线的斜率减小至零时，所对应的弯矩即为船体梁的极限弯矩，如图1所示。Smith法考虑了构件的后屈曲特性，具有良好的精度，使用简单方便。　　在计算中仅考虑船体梁垂向弯曲，忽略了剪力、扭转载荷、水平弯矩以及侧向压力的影响。　　2.1计算流程　　船体梁总纵极限弯矩是船体梁的最大弯

6、曲承受能力，超过此值船体结构将会被破坏。　　（1）将船体梁横剖面离散成结构单元，即纵向加筋板格、硬角及横向加筋板格单元；　　（2）导出所有单元的应力―应变曲线；　　（3）导出期望的最大要求曲率。每一计算步的增量为。初始步的曲率增量，取为。根据船体梁横剖面的弹性剖面模数Zv-net50得到第一步计算的中和轴位置ZNA-1；　　（4）对各单元（序数j），计算其对于曲率的应变、对应的应力及单元上的力；　　（5）通过检查剖面上的总轴向力来确定新中和轴的位置ZNA-i，并调整ZNA-i的位置直到为止。　　单元受压时为正，受拉时为负，重复步骤4和5直至达到平衡。当

7、中和轴的变化小于0.0001m时，即认为已达到平衡；　　（6）将各单元力的贡献相加，得到相应的弯矩：　　（7）按增加曲率，用当前中和轴位置作为下一步计算的初始值并重复步骤（4）到（6），直至达到最大要求曲率。　　极限强度为M-k曲线的极值，若曲线的极值没有出现，则增加最终曲率Kf，至极值出现为止，计算流程见图2。　　2.2单元划分　　（1）硬角单元：硬角单元是船体梁横剖面上刚度较大的构成单元，主要按弹性-塑性失效模式损坏，这些单元一般由两块不共面的板组成。硬角单元离板交点的范围是在横向加筋板上取20tn50，在纵向加筋板上取0.5s，见图3。　　（2）

8、普通扶强材单元：包括一个普通扶强材和带板。当扶强材两侧的板格是纵向加筋时，取带板宽度为普通扶强