CN110516293B - 船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法 - Google Patents

船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110516293B
CN110516293B CN201910639742.1A CN201910639742A CN110516293B CN 110516293 B CN110516293 B CN 110516293B CN 201910639742 A CN201910639742 A CN 201910639742A CN 110516293 B CN110516293 B CN 110516293B
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
bearing capacity
shearing
bending
calculating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910639742.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110516293A (zh
Inventor
吴剑国
傅宇
吴嘉蒙
蔡诗剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
708th Research Institute of CSIC
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
708th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT, 708th Research Institute of CSIC filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN201910639742.1A priority Critical patent/CN110516293B/zh
Publication of CN110516293A publication Critical patent/CN110516293A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110516293B publication Critical patent/CN110516293B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

一种船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法，包括以下步骤：步骤S1，建立非线性有限元分析模型；步骤S2，计算模型的约束扭转极限承载能力；步骤S3，计算模型的自由扭转极限承载能力；步骤S4，计算扭矩放大系数和放大后的扭矩；步骤S5，计算模型在弯剪扭组合下弯矩和剪力的极限承载能力，并获得变形云图和载荷‑位移曲线；步骤S6，计算模型在弯剪扭组合下的自由扭转极限承载能力，并获得载荷‑位移曲线。本发明运用有限元软件Abaqus，进行了弯剪扭组合下船舯结构的极限承载能力的对比和分析，具有较高的精度。

Description

船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法
技术领域
本发明涉及船舶结构设计领域，尤其涉及船舯区域船体梁的弯剪扭极限承载能力的确定方法。
背景技术
随着计算技术的迅速发展，船舶结构极限强度的评估越来越多地采用有限元方法，而这一工作的首要问题就是如何建立有限元模型。垂向弯矩作用下船体梁的极限强度最受关注也最为成熟。对于具有大开口、扭转刚度较低的集装箱船，弯剪扭的组合作用尤其重要。船体的扭转分析表明船舯双力矩较小，翘曲应力也较小，以自由扭转为主，因此船舯区域主要承受自由扭转和弯剪组合荷载作用。然而，由于问题的复杂性，该位置极限强度的理论和试验研究并不多见。因此可以寻找船舯区域扭转和弯剪组合下的边界条件和有限元计算方法，通过有限元分析来进行研究。
发明内容
为了克服已有技术无法计算船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的不足,本发明提供了一种精度较高的船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，建立非线性有限元分析模型；
步骤S2，计算模型的约束扭转极限承载能力；
步骤S3，计算模型的自由扭转极限承载能力；
步骤S4，计算扭矩放大系数和放大后的扭矩；
步骤S5，计算模型在弯剪扭组合下弯矩和剪力的极限承载能力，并获得变形云图和载荷-位移曲线；
步骤S6，计算模型在弯剪扭组合下的自由扭转极限承载能力，并获得载荷-位移曲线。
进一步，所述步骤S1中，有限元模型取船舯船体梁横截面模型，长度方向采用1跨范围，即强框架间距范围，模型中不含横向构件。
再进一步，所述步骤S2中，模型采用一端x、y、z方向线位移约束，一端在形心位置作用扭矩。
更进一步，所述步骤S3中，对模型非加载端面的所有纵向构件节点进行y、z线位移约束，加载端面的所有纵向构件节点与关联点的y、z线位移、x角位移进行耦合关联，并在扭心处施加x方向的扭矩；为防止刚体运动，对外底板中心线上的节点约束x、y、z线位移。
所述步骤S5中，模型采用一端x、y、z方向线位移约束，一端在形心位置作用弯矩、剪力和和放大后的扭矩，通过有限元软件计算可得梁的弯矩和剪力极限值，并获得载荷-位移曲线及变形云图。
所述步骤S6中，将步骤S5中计算得到的扭矩极限值除以扭矩的放大系数，可得自由扭转的极限值，并获得载荷-位移曲线。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明运用有限元软件Abaqus，进行了弯剪扭组合下船舯结构的极限承载能力的对比和分析；
2、对弯剪扭组合下船舯结构极限承载能力的分析表明：模拟结果与试验结果比较接近，说明本发明所提出的针对一跨模型的弯剪扭组合下的极限承载能力计算方法具有较高的精度；
3、本发明可较快捷、准确地用于船体梁结构在弯剪扭组合下的极限承载能力评估，也可用于船舯区域船体梁结构在弯剪扭组合下的联合效应计算。
附图说明
图1是有限元模型和模型截面，其中，(a)是有限元模型，(b)是模型截面；
图2是船舯区域弯剪扭组合作用下的弯矩-转角曲线；
图3是船舯区域弯剪扭组合作用下的剪力-位移曲线；
图4是船舯区域弯剪扭组合作用下的扭矩-转角曲线；
图5是船舯区域弯剪扭极限状态下的变形云图。
图6是船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图6一种船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法，包括以下步骤：
步骤S1，建立非线性有限元分析模型；
鉴于船体梁舱段模型能准确地模拟船舯区域结构在弯剪扭组合作用下极限承载能力，但缺点是模型大，非线性计算时间长且收敛性差，因此有限元模型取船舯船体梁横截面模型，长度方向采用1跨范围，即强框架间距范围，模型中不含横向构件。按照实际试验的模型尺寸建立有限元模型(见图1)，材料属性和实际试验模型一致，参照表1(单位mm)
Figure BDA0002131448130000041
表1
有限元网格划分如下：水平板纵骨间划分18单元，侧壁纵骨间划分27个单元，腹板划分3个单元、扶强材翼缘为梁单元。模型的材料力学性能参见表2：
Figure BDA0002131448130000042
表2
步骤S2，计算模型的约束扭转极限承载能力。
模型采用一端x、y、z方向线位移约束，一端在形心位置作用扭矩，通过非线性有限元软件计算约束扭转极限值。
步骤S3，计算模型的自由扭转极限承载能力。
对模型非加载端面的所有纵向构件节点进行y、z线位移约束，加载端面的所有纵向构件节点与关联点的y、z线位移、x角位移进行耦合关联，并在扭心处施加x方向的扭矩。为防止刚体运动，对外底板中心线上的节点约束x、y、z线位移；亦或采用理论方法计算梁的自由扭转极限值。
步骤S4，计算扭矩放大系数和放大的扭矩值。
扭矩放大系数为一跨模型约束扭转极限值与自由扭转极限值之比；放大后的扭矩为实际试验值乘以放大系数的值。
步骤S5，计算弯剪扭组合加载下模型的极限承载能力。
模型采用一端x、y、z方向线位移约束，另一端在形心位置作用，弯矩、剪力和放大后扭矩。
弯矩-转角曲线见图2，剪力-位移曲线见图3，扭矩-转角曲线见图4，极限状态下的变形云图见图5。
步骤S6，将弯剪扭组合加载下的扭矩极限值除以扭矩的放大系数，可得自由扭转的极限值(见表3)。
极限承载能力计算结果汇总参见表3：
Figure BDA0002131448130000051
表3。

Claims (2)

1.一种船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，建立非线性有限元分析模型；
步骤S2，计算模型的约束扭转极限承载能力；
步骤S3，计算模型的自由扭转极限承载能力；
步骤S4，计算扭矩放大系数和放大后的扭矩；
步骤S5，计算模型在弯剪扭组合下弯矩和剪力的极限承载能力，并获得变形云图和载荷-位移曲线；
步骤S6，计算模型在弯剪扭组合下的自由扭转极限承载能力，并获得载荷-位移曲线；
所述步骤S2中，模型采用一端x、y、z方向线位移约束，一端在形心位置作用扭矩；
所述步骤S3中，对模型非加载端面的所有纵向构件节点进行y、z线位移约束，加载端面的所有纵向构件节点与关联点的y、z线位移、x角位移进行耦合关联，并在扭心处施加x方向的扭矩；为防止刚体运动，对外底板中心线上的节点约束x、y、z线位移；
所述步骤S5中，模型采用一端x、y、z方向线位移约束，一端在形心位置作用弯矩、剪力和和放大后的扭矩，通过有限元软件计算可得梁的弯矩和剪力极限值，并获得载荷-位移曲线及变形云图；
所述步骤S6中，将步骤S5中计算得到的弯矩极限值除以扭矩的放大系数，得自由扭转的极限值，并获得载荷-位移曲线。
2.如权利要求1所述的一种船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，有限元模型取船舯船体梁横截面模型，长度方向采用一跨范围，即强框架间距范围，模型中不含横向构件。
CN201910639742.1A 2019-07-16 2019-07-16 船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法 Active CN110516293B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910639742.1A CN110516293B (zh) 2019-07-16 2019-07-16 船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910639742.1A CN110516293B (zh) 2019-07-16 2019-07-16 船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110516293A CN110516293A (zh) 2019-11-29
CN110516293B true CN110516293B (zh) 2023-06-30

Family

ID=68623659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910639742.1A Active CN110516293B (zh) 2019-07-16 2019-07-16 船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110516293B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111241617B (zh) * 2020-01-08 2024-05-28 中国矿业大学 一种板的承载力计算方法
CN111460572B (zh) * 2020-02-24 2024-06-18 浙江工业大学 一种计算豪华邮轮极限强度的简化增量迭代方法
CN113343424A (zh) * 2021-05-08 2021-09-03 浙江工业大学 一种弯剪扭组合荷载作用下薄壁梁极限强度计算方法
CN113361071A (zh) * 2021-05-08 2021-09-07 浙江工业大学 一种薄壁梁在弯扭组合荷载作用下极限强度计算方法
CN115636090B (zh) * 2022-10-20 2024-07-12 中国航发湖南动力机械研究所 一种机匣承载能力预测方法、机匣及航空燃气涡轮发动机

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108197410A (zh) * 2018-01-31 2018-06-22 山东省黄河航运局有限责任公司 双体承压舟连接桥总横弯扭强度计算方法
CN108562421B (zh) * 2018-04-18 2020-08-04 中国船舶工业集团公司第七0八研究所 一种小水线面双体船弯扭联合极限强度试验模型设计方法
CN109141820B (zh) * 2018-10-08 2020-03-27 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 船体模型扭矩及剪力测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110516293A (zh) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110516293B (zh) 船舯结构弯剪扭组合作用下极限承载能力的有限元计算方法
Lee et al. Blind bolted moment connection to sides of hollow section columns
US10824778B2 (en) Computer-implemented method for simulating behavior of a screw connection between metal components of engineering structures
Dias et al. Axial compression strength of gypsum plasterboard and steel sheathed web-stiffened stud walls
CN107315865B (zh) 一种船体梁中挠曲变形板架结构的折减方法
CN106248322B (zh) 一种弯剪受载形式的机翼盒段试验装置
Morshedsoluk et al. Ultimate strength of composite ships’ hull girders in the presence of composite superstructures
CN112784359A (zh) 薄壁梁约束扭转极限承载力迭代计算方法
CN110162881B (zh) 一种弯剪扭组合下船舯结构极限承载能力的确定方法
Al-Sadder et al. Finite difference scheme for large-deflection analysis of non-prismatic cantilever beams subjected to different types of continuous and discontinuous loadings
Onyeka Direct analysis of critical lateral load in a thick rectangular plate using refined plate theory
Machado Interaction of combined loads on the lateral stability of thin-walled composite beams
JP7348509B2 (ja) 連続梁の評価方法及び連続梁の評価プログラム
CN113378355A (zh) 一种考虑弯矩作用的薄壁梁剪切极限强度计算方法
Yang et al. Behavior and design of steel I-beams with inclined stiffeners
CN113343424A (zh) 一种弯剪扭组合荷载作用下薄壁梁极限强度计算方法
Bai et al. Flexural buckling strength of tapered-I-section steel columns based on ANSI/AISC-360-16
CN113378354A (zh) 一种考虑剪力作用的薄壁梁弯曲极限强度计算方法
Fageeri et al. Evaluation of the energy dissipation capacity of a steel damper
CN112883477A (zh) 基于双向受力模型的墙体加固性能评价方法及装置
Kabir et al. Lateral-torsional buckling of retrofitted steel I-beams using FRP sheets
Nedelcu Semi-analytical solutions for the uniformly compressed simply supported plate with large deflections
Kumar et al. A review and buckling analysis of stiffened plate
Tekgoz et al. Analysis of post-collapse behaviour of rectangular plate employing roof mode plastic solutions
Wang et al. Dynamic ultimate bearing capacity of beam-plate coupled structures with deformable connection under uniaxial compression, compression-bending and compression–shear loadings

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant