船体结构的静力极限强度和砰击动力响应

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1、申请上海交通大学博士学位论文船体结构的静力极限强度和砰击动力响应专业：工程力学博士生：姬振华导师：王德禹教授上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2015年7月26日Ph.D.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversitySTATICULTIMATESTRENGTHANDSLAMMINGDYNAMICRESPONSEOFSHIPSTRUCTURESPhDCandidate:JiZhenhuaAdvisor:Prof.WangDeyuSpecialty:EngineeringMechanicsSchoolofNavalAr

2、chitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityJuly26,2015上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意

3、学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海交通大学博士学位论文船体结构的静力极限强度和砰击动力响应摘要自从2006年船舶结构共同规范发布之后，极限强度计算成为船舶结构设计的强制性要求，标志着船舶结构的安全性评价已经从许用应力阶段进入极限强度阶段。极限强度

4、分析的目的是要合理地预报船体结构的极限强度和失效模式，目前共同规范提到的极限强度实际上是静力极限强度。随着技术的进步和经济的发展，船舶的主尺度越来越大，航速越来越高，船体梁的柔度大大增加，波浪载荷和砰击载荷对船体梁安全性的影响越来越大。研究表明，在高海况下，船体梁受到的瞬态高频砰击颤振弯矩幅值可达到与低频波浪弯矩同一量级，有时甚至能达到数倍波浪弯矩幅值。因此，合理评估船体结构在砰击载荷作用下的承载能力是一个不能回避的问题。船体结构在极短时间内受到高幅值砰击载荷时的动力承载能力与其静力极限强度有着显著的不同，可通过其砰击动力响应来间接进行评估，需要综合考虑冲击载荷的形状

5、参数、材料的动力本构关系、结构的惯性效应等多种因素。本文的目的就是通过对船体结构的静力极限强度和不同冲击载荷下的砰击动力响应以及各自对应的失效模式进行研究，为船体结构安全性评估提供有价值的结论和参考性方法。船体结构的砰击动力响应是其砰击动力承载能力的反映，冲击载荷形状参数是对船体结构砰击动力响应具有重要影响的因素。本文提出并特别关注冲击载荷上升时间与冲击时间比值这一冲击载荷形状参数，深入研究冲击时间、载荷峰值、载荷上升时间与冲击时间的比值这三种载荷形状参数对船体结构的砰击动力响应的影响；冲击载荷上升时间与冲击时间比值能够反映峰值载荷在冲击时间内出现的早晚程度，对特定载

6、荷工况有重大影响。由于结构复杂，采用解析法和经验公式获得船体结构的静力和动力承载能力有诸多困难，因此目前主要通过数值模拟和实验方法进行研究。本文基于静力隐式非线性有限元法，计及材料非线性和几何非线性因素的影响，对船体结构的静力极限强度和失效模式进行研究；基于动力显式非线性有限元法，考虑材料的应变率效应和应变强化效应，采用了通用接触模型来避免受压构件之间潜在的穿透和干涉，分析了船体结构的砰击动力响应。本文对船体结构在压、剪、弯、扭四种载荷工况下的静力极限强度和砰击动力响应进行了研究，所做的工作主要包括：第I页摘要（1）纵向受压甲板板架的静力极限强度和砰击动力响应对由纵桁

7、、强横梁、加筋板构成的甲板板架的纵向受压静力极限强度和失效模式进行研究，分析纵桁数量、板架几何缺陷对甲板板架纵向受压静力极限强度的影响，将加筋板的纵向受压极限强度公式的适用范围扩展到纵桁腹板柔度与加筋间板柔度接近的有纵桁甲板板架。给出了冲击载荷形状参数和几何缺陷对甲板板架纵向受压冲击动力响应的影响。发现与冲量无关的冲击载荷上升时间与总的冲击时间的比值对板架的动力响应有很大的影响，该参数越小，动力响应越大。此外，对纵桁腹板开孔、甲板板架纵向受压预应力对甲板板架的纵向受压静力极限强度及砰击动力响应的影响也进行了探讨。（2）面内剪切舷侧横向密加筋板的静力极