结构力学论文

船舶与海洋工程结构极限强度分析论文

船舶的总体结构状态时一个非常复杂的过程。下面是我收集整理的船舶与海洋工程结构极限强度分析论文，希望对您有所帮助!

摘要： 当轮船受到外部冲击载荷时，轮船整体结构就会变形，当这个变形达到最大极限状态，这时的极限状态叫做极限弯矩。轮船整体构架承受全部抗击的最强能力是极限强度。本文对船舶结构极限强度。进行了分析和研究，提出了有限元分析方法进行强度和极限分析。

关键字： 极限强度，船舶，结构，船舶与海洋工程

随着科学技术的不断进步，轮船结构以及轮船使用的材料都有很大的进步。船体的整体结构和材料成为当今社会研究的主要对象。随着计算机技术的日益成熟，船体整体结构和承受的。屈服力都可以采用软件仿真来快速精确的计算。

1.引言

船体的整体结构和承受的能力是保证轮船安全的重要保障，它关系到轮船是否安全出航和安全返航。随着先进的设计技术的进步，计算机相关设计软件已经可以。设计整体结构和仿真测试船体的整体结构。分析船体结构和整体强度是一个复杂的非线性过程，必须进行合理的划分，采用好的分析方法才能得出精确的数值。新材料的不断出现使船体材料耗费变的越来越经济合理，同时船体结构屈服强度也变的越来越理想。

在分析船舶整体结构变形和极限强度的时候，我们所研究的绝大多数问题都是属于线性的微弱形变问题。在微弱整体的结构中，位移和应变可以被线性化，等效于正比关系。但是，在实际中，不规则物体所受的应力和应变都不是线性的，常见的有悬臂梁的弯曲，U形梁的变形等等。

2.总体结构状态

船舶的总体结构状态时一个非常复杂的过程。总体结构的崩溃在过去几年是一个非常普遍的现象，它是船体结构所受冲击超过了材料本身的极限，这时候支撑梁不能够支撑船体整体结构。以上情况不足为奇，在飞机和潜艇外体上也经常出现类似情况。目前，中国的船体分析技术的研究还处于起步阶段，与国外发达国家。先进水平仍有很大的差距。为了进一步研究分析，我国投入资金和人力，在实际工程中，建立一个比较完善的船体分析系统，包括原动机转速控制系统，同步船体结构系统，轮船控制系统管理相关技术的研究，实验研究了一系列模拟各种恶劣的条件下，容易控制船体结构的一些关键技术，并做了可行性分析。船舶具有非常重要的作用，特别是对船体分。析屈服强度的分析，轮船安全可谓海军舰艇的生命线。动力和结构形成一个整体轮船系统，为船体结构极限强度分析的发展。指明了方向。

3.极限强度分析法

如何分析船舶结构的极限强度是一个复杂而且非常有意义的过程。分析这种复杂的船体结构没有一种比较准确的分析方法。在分析极限强度的时候，我们通常采用复杂问题简单化，采用线性和非线性结合的方法，有限元和边界元分析相结合的方法。

逐步破坏分析法

上世纪末，美国物理学家的在基于对悬臂梁、加筋板在轴向压缩载荷作用下结构失效问题的研究成果中提出了逐步破坏的分析方法。船体结构破坏不是一个迅速变化的过程，是一个一步一步的程序，同时也不会一下子超过屈服极限，随着应力的增大逐渐的增大的逐渐破坏。在进行破坏分析的时候，首先建立屈服应力和位移的曲线关系。

非线性分析法

分线性分析方法必须。对船体分析采用模块化分析，必须充分考虑如何进行分段，分段之后逐个段进行非线性分析。在这个工程中，一个段的结构有自己的不同，针对不同结构进行线性化分析和非线性化分析。每个分段包含一个骨架间距内的所有主要构件，选择或者利用发生崩溃概率最大的情况进行分析的原则，对所承受的分段骨架进行全面的分析和仿真。这种分析方法需要对每一段进行模型建立，然后一个模型模型的分析。船体总体结构的弯曲和抗屈服能力不同导致分析结果不同。

有限元分析法

有限元分析方法是结构分析的简单方法，它能把复杂问题简单化，分析整体结构的节点和网格。在进行有限元分析的时候，通常对船体结构进行网格划分，然后进行网格施加约束，在均匀网格上施加可变的。激励，观察整体结构的响应。采用这种方法能模拟船体的边界条件和整体约束。有限元分析方法综合考虑。船体的形状和材料的'不同，通过不同载荷的约束，我们可以分析出结构极限(包括最大应力，最大屈服极限)。最近几年，有限元分析方法被应用在船舶整体分析和部分结构分析的案例非常多。这种分析方法有两个个缺点。一是。不能很好的模拟真实环境，不能考虑周围环境对整体结构形变的影响。第二对于结构复杂的构件，有限元分析方法对于复杂的结构不太实用，设置相关算法时间太长，不能在有效的时间完成任务。这种分析方法的优点有以下几个方面：

(1)对船体建模方式直观明了。在分析结构的时候可以采用线性划分和非线性划分网格。采用相关软件完全可以分析所有动态结构的模型和仿真。利用有限元分析模块的可视化建模窗口，动态结构的框图和模型可迅速地建立和仿真研究。用户需要选择元件库(对应的子模块程序模块)中选出比较合适的模块，然后并改变需要的形式，拖放到新建的建模窗口，鼠标点击或者画线连接都可以搭建非常可观的结构模型。他的标准库拥有的模块远远大于一百五十多种，可用于搭建和仿真各种不同的、种类变化的动态结构。模块包。括输入信号源子模块、动力学元件子模块、代数函数和非线性函数子模块、数据显示子模块模块等。模块可以被设定为触发端口和使能的端口，能用于模拟大模型结构中存在条件作用的子模型的行为。

(2)可以构建动态结构模型。可动结构的模型可以修改并进行仿真。有限元分析还可以作为一种图形化的、数字的仿真工具，用于对动态结构模型建立和操作改变规律的研究制定。

(3) 模块元件与用户代码的增添和定制。已有模块的图标都可以被用户修改，对话框的重新设定。用户完全可以把自己编写的C代码、FORTRAN代码、Ada代码直接植入模型中，此外模块库和库函数都。是可定制的，扩展以包容用户自定义的结构环节模块。。

(4)设计船舶结构模型的快速、准确。他拥有优秀的积分和微分算法，这样给非线性结构仿真带来了极大的方便，同时也带来了相对较高的计算精度。可以选择比较先进的常微分方程求解器和偏微分方程求解器，还可用于求解力学刚性的和非刚性的结构，还可以求解具有事件触发的逻辑结构，求解或不连续状态变量的结构和具有代数环和参数环的结构。软件的求解器可以确保连续结构或离散结构的仿真高速、准确的进行。

(5)复杂结构可以分层次地表达。根据个人需要，若干子结构可以由各种模块组织。按照自顶向下(从元器件到结构)或自底向上(从实现的每一个细节到整体结构)的方式搭建整个结构模型。这种分级建模能力能够使得代码丰富的、体积庞大的、结构非常复杂的模型可以简便易于行动的构建。结构子模型的层次数量和子子模块的分层次数量完全取决于所搭建的结构，软件本身不会限制到搭建的模型。有限元还提供了模型和子。模块结构浏览的功能。这样更加方便了大型复杂结构结构的操作。

(6) 仿真分析的交互式。该软件显示的示波器可以图形显示和动画的形式显示出来，数据也可以动作的形式显示，What-if分析运行中可调整参数模型进行，监视仿真结果能够在仿真运算进行时。可帮助用户不同的算法可以快速评估，进行参数优化这种交互式的特征。

由于有限元模块是全部融合于有限元，一次在有限元模块下所有的计算的结果都完全可保存到有限元软的工作空间中，因而就能使用有限元所具有的众多分析、可视化及工具箱工具操作数据。

4.船舶在军事上的发展状况

在军事上的应用：在上世纪90年代，以美国为首的国家海军大力发展海军轮船性能优化，整体结构和性能得到优化。于93年提出了水面舰艇先进机械项目计划(提前海洋表面计划ASMP)。

美国的目的是建立一个国家的最先进的舰艇推进系统，能够实现远程作战和抗高撞击的能力。美国海军采用先进的智能设备，同时采用电气控制和机械控制系统。在同一时间满足指定的性能，在分析极限强度上加大了投资，军用船舶的其他方面投资也有显着的减少。随着ASMP计划进一步研究，权力一体化“和”模块化“的方法来研究船舶电力发电、运输、转化、分配。利用共享设置海军的推进装置用电、日常的用电。各种武器装备输电发电和配电系统构成的综合电力系统，美国海军相当重视电力在船舰上的应用。

我国海军在研究这方面也不逊色，国内有先进设计理论和分析方法。对船舶承载能力和撞击能力做过实验分析。

5.总结

本文介绍了船舶结构极限分析的三种不同的方法，并进行了对比分析，最后得出结论：有限元分析方法耗时比较长，但是能够很高的分析和仿真船舶结构极限。

参考文献

[1]祁恩荣，彭兴宁.破损船体非对称弯曲极限强度分析首届船舶与海洋工程结构力学学术讨论会论文集，江西九江：

[2]徐向东，崔维成等.箱型粱极限承载能力试验与理论研究.船舶力学，2000，4(5)：36-43

[3]朱胜昌，陈庆强.大型集装箱船总纵强度计算方法研究.船舶力学，2001，5(2)：34--42

[4]郭昌捷，唐翰岫，周炳焕.受损船体极限强度分析与可靠性评估.中国造船，1998(4)：49—56

结构力学这门课是很能启发我们去思考的。课上讲的很多问题都十分有趣。比如加约束、去约束的问题，实则充满了哲学意味。欲情故纵，以退为进，这是很耐人寻味的思维方法。还有平衡问题，生活中无处不在，门把手装在远端是利用力矩的概念而发展出的以四两拨千斤的奇妙方法，我们大家经常骑的自行车的行进也是利用了力矩。平衡在我们生活中处处发挥着重要的作用。以前我不太注意这些有趣的现象，跟这门课打交道这么一年之后，我也尝试利用力学的观点来剖析这个千奇百怪的世界，突然发现好多平凡普通的事物中都蕴含了深刻的力学原理，这样的发现让我对原本枯燥的结构力学有了兴趣，觉得多掌握一些了解世界的方法，多探究一些自然界的奥秘，确实是一件充满乐趣的事情。     观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎、叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，可以发现他们的强度和刚度不仅和材料有关，而且和他们的造型有密切的关系，很多工程结构受到天然结构的启发而创新出来。结构设计不仅要考虑结构的强度与刚度，还要做到用料省、重量轻。减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度快、能耗低。     生活处处皆学问。是否真正掌握了一门技术也好，知识也罢，唯一检测的标准就是我们是不是会用他。你会用学到的东西来解决问题，解释现象。 我搜集了世界上大楼坍塌的关于其结构的典型案例，整理如下: 花旗大楼（Citicorp Center）: 位于纽约的花旗大楼（Citicorp Center），无论从建筑的美感、结构设计的专业角度、以及Engineering Ethics方面都值得一说。 先看看外形，远远看去花旗大楼最显眼的就是倾斜的顶部，45°角的大斜面也算是纽约街头比较有辨识度的了。 但是让我们往下看:     底下的柱子，不在传统意义上的四角，而是在中点。原因是要从上图左下角的老房子说起。花旗大楼的选址，与旁边的教堂有一点的冲突，教堂不能动，但允许你在上面的空间盖楼。负责花旗大楼的建筑设计师是Hugh Stubbins，但更重要的角色是结构设计师William LeMessurier——一个天才结构师。 地面一角不让用，于是他把柱子设计在正方形四边的中间。然后设计出一套v字形的支撑体系。但这样的话就这栋楼就太轻了，扛不住风吹。因此，他又添加了一个400吨重的调谐质量阻尼器，这样就解决了高层建筑中普遍的抗风问题，以及减轻抖动。     于是这个天才结构师这样一套设计，有新意的解决了小教堂所带来的一系列难题。总之一切相安无事一直到了1978年。     这一年，普林斯顿的一名本科生写毕业论文，题目是“Implications of a Major Office Complex: Scientific, Social and Symbolic Implications”，准备用花旗银行这个楼做案例，向LeMessurier的团队要来了一些图纸和数据。测算后，发现这楼在45°的风向下，其无法承受风速为每小时112公里的大风侵袭。     也就是说一阵台风这楼可能就塌了。学生百思不得其解之后，联系了LeMessurier团队的一个初级工程师，这名工程师否认了危险的存在。当然，这名初级工程师还是履行了自己的责任，将这件事告知了LeMessurier本人，但由于LeMessurier觉得设计之初已经考虑过了各个方向的风力负担，并没有发现什么异常，也没有引起足够的重视。     直到LeMessurier参与一个位于匹兹堡的项目时，施工方提出用螺栓代替焊接时，LeMessurier突然联想到路人甲学生的质疑。他想到这里心里咯噔一下，就急急忙忙赶回纽约进行了演算。     结果发现，当承受对角线方向的强风时，几个V字支撑钢梁所承受的力相当于设计值的两倍。这对于钢梁本身没什么，如果是焊接节点也没什么，但螺栓就受不了了。LeMessurier这下慌了，因为当时纽约飓风Ella即将登陆，人民群众的生命财产将会发生危险。     经过慎重的决定，LeMessurier及其团队，联合花旗银行，NYPD，红十字会等组织，完善了一个救援方案。但这一切是秘密进行的，公众、尤其是花旗银行里面办公的所有人员都不知情。与此同时，修缮团队也进驻大楼，以常规改建的名义，开始了修补工作。好在LeMessurier团队及时做好了结构修补，并且Ella也绕道而行，并未真正到达纽约，因而安全度过了当年的大风天。     所有这些，一直隐埋在秘密之中，直到一个叫 Joe Morgenstern的记者在一次聚会中无意听到，并且采访了LeMessurier本人。1995年，the New Yorker杂志刊登此事，让围绕在花旗银行的秘闻为外界知晓，并且BBC还特意做了一期纪录片来报道此事。 小贤思考:整个事件中诸多发展都是挺耐人玩味的：LeMessurier天才的设计方案避免了重新选址或者拆除教堂，让广大结构工程师开了眼，拍手叫好；然而建成之后，很快就被一个具有钻研精神的路人甲学生发现其无法承受大风侵袭；随后又被LeMessurier所重视，向所有市民隐瞒了这个消息，悄悄连续赶工多日完善了救援方案。 总之，花旗银行这个案例还是提醒我们一定要真正重视建筑结构，建筑师必须有一丝不苟的态度啊。所以对结构知识的掌握，也是成为一个好建筑师的必要条件。 ——城工1班 秦兆贤 20154660131