计算加肋轴对称组合壳塑性极限载荷的修正弹性补偿法.pdf

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1、第33卷第11期2011年11月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．33，No．11Nov．，2011计算加肋轴对称组合壳塑性极限载荷的修正弹性补偿法吕岩松(海军工程大学，湖北武汉430033)摘要：将修正的弹性补偿法应用到基于轴对称壳单元的有限元分析中，建立求解加肋轴对称组合壳极限载荷的计算方法。该方法通过改变壳单元和肋骨单元的弹性模量，获得一系列静力容许应力场，从而确定加肋轴对称组合壳的极限载荷。应用Fortran语言编制了有限元计算程序，算例证明本文方法有较高

2、的效率和计算精度。关键词：加肋轴对称组合壳；极限载荷；修正的弹性补偿法；轴对称壳单元中图分类号：U663．1文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)11一0047—04DoI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．11．010Limitanalysisofring—stiffenedaxisymmetriccombinationshellbymodifiedelasticcompensationmethodLVYan-song(NavalUniversityof

3、Engineering，Wuhan430033，China)Abstract：Basedonaxisymmetricshellelement，amodifiedelasticcompensationmethodisproposedtocalculatethelimitloadofring·stiffenedaxisymmetriccombinationshell．ByvaryingthemodulusofsheHelementsandstiffehers．aseriesofstaticallyad

4、missiblestressfieldsareestablishedandthelimitloadofring．stiffenedaxisymmetriccombinationshellisdetermined．AcomputationalprocedureisdevelopedbaseonFortran．Theexamplesdemonstratetheefficiencyandaccuracyoftheprocedure．Keywords：ring—stiffenedaxisymmetricc

5、ombinationshell；plasticlimitload；modifiedelasticcompensationmethod；axisymmetricshellelement0引言加肋轴对称组合壳在航空、造船等领域广泛应用，该结构的极限载荷是设计人员关注的问题。目前，对于工程结构极限载荷的计算通常采用数值方法，主要有弹塑性增量有限元法、基于数学规划的有限元方法和基于弹性模量调整的系列弹性迭代有限元方法等。弹塑性增量有限元法计算量大，耗时多，对操作人员的要求较高。基于数学规划的极限分析方法对

6、于实际工程结构，计算过程较为复杂。近年来，1种基于弹性模量调整的弹性补偿法¨刁。在结构的极限分析中得到广泛应用。该方法通过改变单元的弹性模量，模拟结构的塑性失效过程，通过数次弹性计算，得到多个静力容许的应力场，从而求得结构的极限载荷。文献[4—5]在弹性补偿法的基础上提出了修正的弹性补偿法，提高了对复杂结构极限载荷计算的精度。文献[6]利用修正的弹性补偿法对拱桥的塑性极限载荷进行了计算。根据本文的工程背景，采用轴对称壳单元对加肋轴对称组合壳进行分析更加方便、快捷，因此将修正的弹性补偿法与基于轴对称

7、壳单元的有限元法结合起来，建立加肋轴对称组合壳极限分析的计算方法。收稿日期：2010—12-29；修回日期：201卜03一09作者简介：吕岩松(1976一)，男，博士研究生，讲师，主要研究方向为结构弹塑性分析。·48·舰船科学技术第33卷1加肋轴对称组合壳弹性应力计算的有限元格式依据轴对称截锥壳单元的有限元格式"o和肋骨单元的有限元格式，建立加肋轴对称组合壳弹性应力的计算方法，这是修正的弹性补偿法的计算基础。对加肋轴对称组合壳进行单元划分时，令肋骨位于某个轴对称截锥壳单元的结点处，如图1所示。计算

8、肋骨单元的刚度矩阵[置J后，将[置，]叠加到所在壳单元的单元刚度矩阵中，并一起叠加到总刚度矩阵中。0单元i图1轴对称截锥壳单元及肋骨示意图Fig．1Axisymmetrictruncatedconicalshellelementandstiffener假设肋骨截面垂直于组合壳的对称轴，在轴对称载荷的作用下，肋骨的变形是轴对称的，因此只考虑肋骨的周向拉伸／压缩变形和周向弯曲变形，而不考虑其扭转变形。肋骨的应变只包括周向拉伸／压缩应变8盯和周向曲率的变化K甜，下标中的，表示肋骨，则肋骨