在垂直弯矩的作用下

在垂直弯矩的作用下侧向力对一艘逐步崩溃苏伊士双壳油

船的影响摘要这篇论文论述侧向压力对一艘在中拱好中垂时并有垂直弯矩作用时的逐步崩溃双壳油船的作用。一艘由CSR方法设计的苏伊士型双壳油船被认为是个很好的例子。弹性-塑性大变形非线性有限元和智能超级有限元被用于船体逐步崩溃分析，满载和压载状况下的侧向压力的影响都被观察到。为了对照，应用理想化结构单元方法的IACA法也将被用来获取在没有侧向压力而有垂直弯矩作用下的船体梁的最大强度。研究中的重要见解将被总结。船体逐步崩溃反应双壳油船垂直弯矩侧向压力影响共同结构规范介绍目前普遍认为，对于船和离岸工程结构设计和强度估计，基于极限状态方法优于基于工作许可应力方法。诸如国际船级社协会、国际海事组织和国际标准化组织的国际组织应用第一原理为基础方法、基于极限状态方法、基于危险方法为结构设计和强度估算发展了新的国际规范和指导。在2006年早期这些船级社使用了CSR法使得就油船和散货船结构尺度上最大强度方法使得比使用CSR之前的方法有更为广泛的应用。本文论述了在有弯矩作用下侧向压力对一艘苏伊士型双壳油船逐步崩溃反应的影响。对象船舶-苏伊士型双壳油船被考虑的是一艘有CSR方法设计的苏伊士型双壳油船，它的主尺度由表一给出。为了对照PRE-CSR方法设计，表一显示了船体中剖面、甲板和船底板概要。表二显示了对象船的横截面数据。用IACRCSR方法计算的船的设计弯矩有表三给出。应用于逐步船体崩溃分析的方法三种方法被应用于船体逐步崩溃分析。即非线性有限元、智能超级有限元和应用理想化结构单元的IACSCSR法。为了验证三种方法，将着三种方法用于在中垂弯矩状态下的分析逐步船体崩溃分析，所用的模型为已被DOW测试的1/3-scale护卫舰船体模型。非线性有限元分析方法表三显示的一个半波横截片状模型被用来进行逐步船体崩溃分析，相邻两个肋骨间的船体结构被用作扩展分析。图4和图5分别显示了DOW测试的船模和苏伊士型船的非线性有限元模型。在苏伊士双壳油船的模型中，四节点板壳有限元用来模拟板、加强复板和加强法兰。10个单元用来在宽度上模拟板，6个用于在高度上模拟加强复板，2个在宽度上模拟法兰。用来模拟整个船的单元有252528个.在分析中有关制造引起的初变形将被考虑。HughesandPaik第16章将会显示应用于DOW测试船模初始制造变形的细节。下面介绍应用于苏伊士型船的制造初始变形。W户上，W=^w，W=W=-^。opl200op200ocos1000a是肋骨间距，b是纵向加强筋的间距，hw是加强筋的高度，Wop是板的初始变形，Woc加强筋的初始柱状变形。焊接残余应力不予考虑。加载弯矩后仍然认为横截面是平面，当结构部件失效时，中性轴位置回改变。图6表示当加载弯矩时横截面仍是平面。当弯矩和曲率增加时船体横截面被认为是：方灯gd咒叮。.i=1g是中性轴距基线的距离，Zi是滴i个构件水平中性轴的距离，bxi是第i个构件在假定应力分布下的应力，七是第i个构件的横截面积，n是所有构件的数目。ALPS/HULL智能超级有限元方法由paik建议的智能超级有限元方法能够解决由非线性有限元带来的大量的计算问题和由理想化结构单元带来的闭式公式的困难。ISUM和ISFEM的一个区别是，ISUM尝试从理论上使非线性结构单元将力与位移（或者应力与应变）的关系公式化为一个闭式表达式。但是ISFEM理论用传统的非线性方法推导。因此ISFEN可以容易地考虑单个构件的局部失效和系统构件的整体失效。因为遵循传统的方法，所以方法的理论公式是系统的和固定的。图7和图8分别表示了DOW测试的模型和苏伊士模型的ALPS/HULLISFEM模型。由图3显示的相邻肋骨间的船体横截面有简单支撑，作为延伸分析。在这个方法中，四周有构件支撑的板元被建模为智能超级板元，加强筋被模拟为一个智能超级梁-柱元。这种方法被称为智能方法，因为相对于传统非线性有限元方法，超大尺寸本身需要照顾这些非线性行为。为DOW测试的船模建立的ALPS/HULL模型的细节论述在HughesandPaik的第16章，共有321个板元和344个梁-柱元被用来给苏伊士型船模建模。同形式和数量的初变形已经被考虑，及时加强复板的初变形和焊接的残余应力没有考虑。在ALPS/HULL程序中垂直弯矩被加载，在每一次加载都会重新计算中性轴的位置。应用理想化结构单元的IACSCSR方法历史上，理想化结构单元最早由UedaandRashed使用，他们为了分析船体横向最大强度公式化了深桁单元的最大强度反应。近乎平行的是，史密斯也使用了相同的方法，为了分析船体总纵强度他公式化了加强板的非线性结构反应。就力瑜位移或应力与应变的关系而言，ISUM的一种独有的特征是它以一种明确的方式被公式化。应用这种方法进行系统结构的逐步崩溃分析就是将不断加载载荷的所以单个结构单元的非线性行为的和。在保证精度的情况下ISUM方法能够节省计算量。然而ISUM有一些缺点，在传统的非线性有限元方法中没有提到。即：结构单元的非线性行为的公式非常困难，且取决于开发者的技巧。针对同一问题而被推荐的公式有很多。将一个复杂的非线性问题公式化为闭式表达式不是简单的事，这是因为诸如初始不完善、载荷条件、老化腐蚀、使用中的损坏等方面的影响。很难处理单个构件在卸载时以及在超过最大强度时的行为。这种方法不能分析单个构件局部失效的相互影响，也不能分析系统结构的整体失效。从两个相邻肋骨之间的加强板被建模成板和加强筋的组合看，IACSCSR方法是基于ISUM方法。在这种方法中初始不完善都没有被处理为影响参数。但是可以推测初始不完善的平均水平是可是适用的。IACSCSR方法只是适用于不考虑侧向力的中垂弯矩。垂直弯矩下的船体逐步崩溃分析表10显示了由之前的方法得出的DOW测试的船模垂直弯矩与曲率曲线。简单梁法和假定应力分布法的结果也作了对比。可以看出ANSYS有限元方法相比测试结果过高估计了船体梁的最大强度。而ALPS/HULL和CSR方法都能与结果符合得很好。图11显示在弯矩增加时DOW测试的船体的中性轴位置的改变。随着中垂弯矩增加甲板结构失效导致结构的有效性损失。结果中性轴下移。图12和图13分别显示了苏伊士型双壳油船在中拱和中垂状况下弯矩和曲率曲线关系。图14和15显示当中垂和中拱弯矩增加时苏伊士型双壳油船横截面的中性轴的变化。表4对比了由三种方法得到的苏