极限强度的加筋板结构的可靠性分析
摘 要摘 要 船舶结构中有多种多样的结构形式，它们各有各的作用。加筋板结构就是其中不可或缺的结构形式。因为性价比高且性能优越，所以它在大桥的建造以及船舶工程结构中得到应用。加筋板是组成船体结构的重要组成部分，它可以保证结构的可靠性和耐用性而且节省材料降低成本，使得它提高经济性和结构效率。由于船体梁的总体破坏通常由甲板以及船体加筋板等一系列结构形式崩溃引起，因此我们需要把结构极限强度的计算放在首位，通过准确的分析计算，来达到船体结构稳定的目的，最后保证船舶的安全性。 一般的情况之下，人们会假设船体是由加筋板、骨架梁以及骨架组合的一个结合体，它不仅需要承受船体重量，船舶装载货物的重量还需要承受水对船体的浮力以及波浪对船体引起的波浪弯矩。船体的总纵强度的概念就是船体抵抗纵向弯曲的能力，在船体结构中，它是最常见的强度也是影响最大的。 本文通过ANSYS软件建立三种加筋板结构模型，三个模型的类型分别是模型一（1/2+1/2)，模型二（1/2+1+1/2，单个加筋板），模型三（1/2+1+1/2，三个加筋板组合体）。对三个模型考虑初始缺陷的影响，采用非线性有限元法对加筋板的极限强度进行分析。研究结果表明：三个模型的极限强度是相似的，验证了模型一的合理性；并且发现初始缺陷对加筋板结构的极限强度影响较大，有初始缺陷时，加筋板结构的可靠性指标较低。对加筋板的研究中非线性有限元法，一次二阶矩法，实验法等不可或缺。关键词：非线性，极限强度，加筋板，可靠性，一次二阶矩法目录
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的和意义 2
1.2 国内外研究概况 2
1.2.1直接计算法 3
1.2.2逐步破坏分析法 3
1.2.3非线性有限元法 4
1.3本文主要研究工作 4
第二章 极限强度基本理论 4
2.1加筋板的极限强度分析 5
2.1.1加筋板的极限强度公式 6
2.1.2加筋板极限强度分析的方法及其影响参数 6
2.2建造过程所产生的初始缺陷 7
2.3船体的极限强度的影响因素 8
2.4 本章结论 8
第三章 有限元及软件介绍 8
3.1有限元分
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第二章 极限强度基本理论 4
2.1加筋板的极限强度分析 5
2.1.1加筋板的极限强度公式 6
2.1.2加筋板极限强度分析的方法及其影响参数 6
2.2建造过程所产生的初始缺陷 7
2.3船体的极限强度的影响因素 8
2.4 本章结论 8
第三章 有限元及软件介绍 8
3.1有限元分析理论介绍 8
3.2 有限元分析理论的特点 9
3.3 ANSYS有限元分析模块简介 9
3.4 ANSYS有限元分析的基本步骤 10
3.5 ANSYS有限元分析需要注意的重要问题 11
3.6有限元法的基本优缺点 12
3.7 本章小结 13
第四章 加筋板结构的极限强度分析 13
4.1模型数据 13
4.2建模方法 14
4.3建立模型 14
4.4网格划分与属性设置 16
4.4.1单元属性的定义 16
4.4.2生成网络 17
4.5材料属性设置 17
4.5.1材料库 17
4.5.2网格控制 20
4.6边界条件设置 24
4.7加筋板极限强度分析 26
4.7.1初始缺陷的影响 26
4.7.2 无初始缺陷的应力变形 27
4.7.3有初始缺陷应力变形 29
4.7.4无量纲应力应变曲线 30
第五章 加筋板可靠性分析 34
5.1可靠性分析 34
5.1.1结构可靠性概述 34
5.1.2 结构可靠性理论 35
5.2载荷模型 35
5.2.1静水弯矩的概率模型 35
5.2.2波浪弯矩 36
5.3 加筋板结构可靠性分析 36
5.4本章结论 39
总 结 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
船舶结构中有多种多样的结构形式，它们各有各的作用。加筋板结构就是其中不可或缺的结构形式。因为性价比高且性能优越，所以它在大桥的建造以及船舶工程结构中得到应用。加筋板是组成船体结构的重要组成部分，它可以保证结构的可靠性和耐用性而且节省材料降低成本，使得它提高经济性和结构效率。由于船体梁的总体破坏通常由甲板以及船体加筋板等一系列结构形式崩溃引起，因此我们需要把结构极限强度的计算放在首位，通过准确的分析计算，来达到船体结构稳定的目的，最后保证船舶的安全性。一般的情况之下，人们会假设船体是由加筋板、骨架梁以及骨架组合的一个结合体，它不仅需要承受船体重量，船舶装载货物的重量还需要承受水对船体的浮力以及波浪对船体引起的波浪弯矩。船体的总纵强度的概念就是船体抵抗纵向弯曲的能力，在船体结构中，它是最常见的强度也是影响最大的。
对于结构极限强度方面的深度探究是发展所需，它是船舶设计能够理性发展的重要依据。随着时代的进步，新型船舶不断涌现并且市场对于船舶的需求量不断扩大，按照原有的技术以及理论知识远远不能够满足现代造船行业对于船舶各方面的要求。目前对于各种各样的新型船型，船舶设计规范中对船舶强度的核查以及结构的合理性在理论上是存在一定的问题。第一点，船舶各方面的设计要求都是根据以前的航行条件，但是近些年来，全球气候不断变暖，海平面上升，海上的航海状况变换莫测，因此以往设计的船舶的安全性降低，大多船型设计有很大的局限性，不适用于远洋航海。这样的前景之下，对船舶极限强度方面的研究迫在眉睫，时代推动船舶领域的进步。在不断努力和创新之下，对结构极限强度有了进一步的了解。一直到目前，逐步破坏原理是众多研究中比较成功的。它的原理就是将整个船体结构看做是无数加筋板单元组合而成的一个整体，然后对这个结构不断加外力最终使得这个结构失稳，来达到研究的目的，其中涉及半解析分析。现在由于电脑的普及以及发展，电脑运用越来越频繁，由此衍生的非线性有限元法得到极大的运用。现在船舶极限强度计算的主要方法有IACS的共同规范和理想单元法。
1.1 研究的目的和意义
目前，传统钢材在船舶建造中已大大减少。由于科技和技术的发展，高强度钢于普通钢材相比有着巨大的优势，因此高强度钢已经成为船舶行业制造的主流。于此同时，全球气候的变化，导致海况也变的不同寻常，航海过程中，各种突发状况增加。随着人类的不断挖掘探索，能够航行的区域也越来越大。在这些因素的触发之下，安全问题越来越受到人们的重视。船舶力学的研究成为一项潮流，人们对于船舶极限强度以及船舶的承载能力有了新的认识和突破，这样对于新型船舶结构设计就有更多的创新，能够制造出最为安全稳定的船舶。
极限强度的意义是指一个结构在静力作用下达到极限状态或者是在力的作用下刚刚出现破坏时所能够承受的最大应力。船舶的结构强度是衡量船舶结构是否安全以及可靠的重要依据。在船舶方面的探究中，整个船体承受外力的能力的问题是一个值得热议的问题。通常情况下，船体强度可分为横向、纵向、局部来进行分析。随着时间的推移，以往对船体结构强度的评估方法以及测量体系都不适用，它不能有效的反应真实船舶所承受的外载荷对船体结构的影响。但是目前的研究方法也是与时俱进的，我们可以找到许多方法有效的解决问题。因为船体结构极限强度的重要性，它也越来越被更多人熟知，并且关注。在此大背景之下，找到一套完整研究极限强度的方法是必要的。
1.2 国内外研究概况
Thomas是计算分析船体总纵强度的鼻祖，他利用了化大为小，化整为零的方法将船就看做是一个船体梁，运用假设的手法，将外力和内力如浮力、重力等均匀分布在梁上[1]，以此运用原理来求出各种力矩在梁上的分布状况。来自英国的Kbnmel[2]，他是将总纵强度的原理首先融合到船体结构的设计中，以此设计出来的船体结构更具有合理性和科学性。有人分析计算了船体总纵强度，随着进步，必然会对船体总纵强度进行核查。于是John就提出了专业的总纵强度校核方法：首先是利用坦谷波理论来求出船体结构上最大的弯矩，然后通过最大的弯矩来计算出相对应的应力，最后将所得的结果与规定的强度做一个比较，看船体的总纵强度能否满足
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的和意义 2
1.2 国内外研究概况 2
1.2.1直接计算法 3
1.2.2逐步破坏分析法 3
1.2.3非线性有限元法 4
1.3本文主要研究工作 4
第二章 极限强度基本理论 4
2.1加筋板的极限强度分析 5
2.1.1加筋板的极限强度公式 6
2.1.2加筋板极限强度分析的方法及其影响参数 6
2.2建造过程所产生的初始缺陷 7
2.3船体的极限强度的影响因素 8
2.4 本章结论 8
第三章 有限元及软件介绍 8
3.1有限元分
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
第二章 极限强度基本理论 4
2.1加筋板的极限强度分析 5
2.1.1加筋板的极限强度公式 6
2.1.2加筋板极限强度分析的方法及其影响参数 6
2.2建造过程所产生的初始缺陷 7
2.3船体的极限强度的影响因素 8
2.4 本章结论 8
第三章 有限元及软件介绍 8
3.1有限元分析理论介绍 8
3.2 有限元分析理论的特点 9
3.3 ANSYS有限元分析模块简介 9
3.4 ANSYS有限元分析的基本步骤 10
3.5 ANSYS有限元分析需要注意的重要问题 11
3.6有限元法的基本优缺点 12
3.7 本章小结 13
第四章 加筋板结构的极限强度分析 13
4.1模型数据 13
4.2建模方法 14
4.3建立模型 14
4.4网格划分与属性设置 16
4.4.1单元属性的定义 16
4.4.2生成网络 17
4.5材料属性设置 17
4.5.1材料库 17
4.5.2网格控制 20
4.6边界条件设置 24
4.7加筋板极限强度分析 26
4.7.1初始缺陷的影响 26
4.7.2 无初始缺陷的应力变形 27
4.7.3有初始缺陷应力变形 29
4.7.4无量纲应力应变曲线 30
第五章 加筋板可靠性分析 34
5.1可靠性分析 34
5.1.1结构可靠性概述 34
5.1.2 结构可靠性理论 35
5.2载荷模型 35
5.2.1静水弯矩的概率模型 35
5.2.2波浪弯矩 36
5.3 加筋板结构可靠性分析 36
5.4本章结论 39
总 结 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
船舶结构中有多种多样的结构形式，它们各有各的作用。加筋板结构就是其中不可或缺的结构形式。因为性价比高且性能优越，所以它在大桥的建造以及船舶工程结构中得到应用。加筋板是组成船体结构的重要组成部分，它可以保证结构的可靠性和耐用性而且节省材料降低成本，使得它提高经济性和结构效率。由于船体梁的总体破坏通常由甲板以及船体加筋板等一系列结构形式崩溃引起，因此我们需要把结构极限强度的计算放在首位，通过准确的分析计算，来达到船体结构稳定的目的，最后保证船舶的安全性。一般的情况之下，人们会假设船体是由加筋板、骨架梁以及骨架组合的一个结合体，它不仅需要承受船体重量，船舶装载货物的重量还需要承受水对船体的浮力以及波浪对船体引起的波浪弯矩。船体的总纵强度的概念就是船体抵抗纵向弯曲的能力，在船体结构中，它是最常见的强度也是影响最大的。
对于结构极限强度方面的深度探究是发展所需，它是船舶设计能够理性发展的重要依据。随着时代的进步，新型船舶不断涌现并且市场对于船舶的需求量不断扩大，按照原有的技术以及理论知识远远不能够满足现代造船行业对于船舶各方面的要求。目前对于各种各样的新型船型，船舶设计规范中对船舶强度的核查以及结构的合理性在理论上是存在一定的问题。第一点，船舶各方面的设计要求都是根据以前的航行条件，但是近些年来，全球气候不断变暖，海平面上升，海上的航海状况变换莫测，因此以往设计的船舶的安全性降低，大多船型设计有很大的局限性，不适用于远洋航海。这样的前景之下，对船舶极限强度方面的研究迫在眉睫，时代推动船舶领域的进步。在不断努力和创新之下，对结构极限强度有了进一步的了解。一直到目前，逐步破坏原理是众多研究中比较成功的。它的原理就是将整个船体结构看做是无数加筋板单元组合而成的一个整体，然后对这个结构不断加外力最终使得这个结构失稳，来达到研究的目的，其中涉及半解析分析。现在由于电脑的普及以及发展，电脑运用越来越频繁，由此衍生的非线性有限元法得到极大的运用。现在船舶极限强度计算的主要方法有IACS的共同规范和理想单元法。
1.1 研究的目的和意义
目前，传统钢材在船舶建造中已大大减少。由于科技和技术的发展，高强度钢于普通钢材相比有着巨大的优势，因此高强度钢已经成为船舶行业制造的主流。于此同时，全球气候的变化，导致海况也变的不同寻常，航海过程中，各种突发状况增加。随着人类的不断挖掘探索，能够航行的区域也越来越大。在这些因素的触发之下，安全问题越来越受到人们的重视。船舶力学的研究成为一项潮流，人们对于船舶极限强度以及船舶的承载能力有了新的认识和突破，这样对于新型船舶结构设计就有更多的创新，能够制造出最为安全稳定的船舶。
极限强度的意义是指一个结构在静力作用下达到极限状态或者是在力的作用下刚刚出现破坏时所能够承受的最大应力。船舶的结构强度是衡量船舶结构是否安全以及可靠的重要依据。在船舶方面的探究中，整个船体承受外力的能力的问题是一个值得热议的问题。通常情况下，船体强度可分为横向、纵向、局部来进行分析。随着时间的推移，以往对船体结构强度的评估方法以及测量体系都不适用，它不能有效的反应真实船舶所承受的外载荷对船体结构的影响。但是目前的研究方法也是与时俱进的，我们可以找到许多方法有效的解决问题。因为船体结构极限强度的重要性，它也越来越被更多人熟知，并且关注。在此大背景之下，找到一套完整研究极限强度的方法是必要的。
1.2 国内外研究概况
Thomas是计算分析船体总纵强度的鼻祖，他利用了化大为小，化整为零的方法将船就看做是一个船体梁，运用假设的手法，将外力和内力如浮力、重力等均匀分布在梁上[1]，以此运用原理来求出各种力矩在梁上的分布状况。来自英国的Kbnmel[2]，他是将总纵强度的原理首先融合到船体结构的设计中，以此设计出来的船体结构更具有合理性和科学性。有人分析计算了船体总纵强度，随着进步，必然会对船体总纵强度进行核查。于是John就提出了专业的总纵强度校核方法：首先是利用坦谷波理论来求出船体结构上最大的弯矩，然后通过最大的弯矩来计算出相对应的应力，最后将所得的结果与规定的强度做一个比较，看船体的总纵强度能否满足
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