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邮轮典型开孔高腹板板架结构极限强度分析

甘进 单欧 吴卫国 林永水

甘进, 单欧, 吴卫国, 等. 邮轮典型开孔高腹板板架结构极限强度分析[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(X): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01895
引用本文: 甘进, 单欧, 吴卫国, 等. 邮轮典型开孔高腹板板架结构极限强度分析[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(X): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01895
GAN J, SHAN O, WU W G, et al. Ultimate strength analysis of typical perforated high web frame structure in cruise ships[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2021, 16(X): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01895
Citation: GAN J, SHAN O, WU W G, et al. Ultimate strength analysis of typical perforated high web frame structure in cruise ships[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2021, 16(X): 1–8 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01895

邮轮典型开孔高腹板板架结构极限强度分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01895
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(51879208)
详细信息
    作者简介:

    甘进,男,1982年生,博士,副教授。研究方向:船舶与海洋工程结构安全性与可靠性,E-mail:ganjinwut@163.com

    单欧,男,1992年生,硕士生。研究方向:船舶与海洋工程结构安全与可靠性。E-mail:769919808@qq.com

    吴卫国,男,1960年生,硕士,教授。研究方向:船舶与海洋工程结构安全性与可靠性。E-mail:mailjt@163.com

    林永水,男,1983年生,博士,副教授。研究方向:船舶结构振动与噪声预报及控制。E-mail:peakspylin@163.com

    通信作者:

    吴卫国

  • 中图分类号: U661.4

Ultimate strength analysis of typical perforated high web frame structure in cruise ships

  • 摘要:   目的  开孔高腹板板架结构是在大型邮轮上层建筑中广泛使用的一类特殊结构,为建立此类结构的设计方法,需充分掌握大型邮轮上层建筑典型开孔高腹板板架结构的力学特性。  方法  综合运用经典加筋板理论与非线性有限元方法,分析甲板初始缺陷、纵桁规格、腹板开孔对板架纵向受压极限承载能力的影响规律。  结果  发现薄板板架对于初始缺陷更为敏感且不同于厚板板架的初始变形模式,纵桁对纵压极限能力贡献度较大,纵压极限承载能力对开孔比例、开孔形状敏感性较低,开孔位置决定崩溃破坏屈曲带的位置,进而揭示了开孔高腹板板架的破坏失效模式。  结论  所得甲板初始缺陷、纵桁几何尺寸、腹板开孔诸因素对开孔高腹板板架极限强度的影响规律,可为邮轮结构轻量化设计及安全性评估提供指导。
  • 图  1  板架模型示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of frame model

    图  2  加筋板极限强度预报经验曲线[10]

    Figure  2.  Empirical curves of ultimate strength prediction for the stiffened plate

    图  3  典型薄板焊接变形

    Figure  3.  Typical thin plate welding deformation

    图  4  无因次应力应变曲线

    Figure  4.  Dimensionless stress-strain curve

    图  5  极限载荷随纵桁腹板高度变化

    Figure  5.  The ultimate load varies with the height of the web

    图  6  无因次应力应变曲线

    Figure  6.  Dimensionless stress-strain curve

    图  7  极限载荷随纵桁面板宽度变化

    Figure  7.  The ultimate load varies with the width of the longitudinal plate

    图  8  无因次应力应变曲线

    Figure  8.  Dimensionless stress-strain curve

    图  9  极限载荷随纵桁腹板厚度变化

    Figure  9.  The ultimate load varies with the thickness of web

    图  10  无因次应力应变曲线

    Figure  10.  Dimensionless stress-strain curve

    图  11  极限载荷随纵桁面板厚度变化

    Figure  11.  The ultimate load varies with the thickness of the longitudinal plate

    图  12  开孔与不开孔模型极限应力比值

    Figure  12.  Ratio of limit stress between open and unopened models

    图  13  不同开孔参数及布置示意图

    Figure  13.  Schematic diagram of different hole parameters and layout

    图  14  模型典型失稳模式(甲板板厚5 mm)

    Figure  14.  Model typical instability mode (Deck plate thickness 5 mm)

    图  15  不同板厚模型无因次应力应变曲线

    Figure  15.  Dimensionless stress-strain curves for different plate thickness models

    表  1  模型板材规格表

    Table  1.   Specification sheet of model

    类型尺寸
    甲板板6 mm
    纵骨86 mm×6 mm
    纵桁T450 mm×100 mm×8 mm×10 mm
    横梁T450 mm×100 mm×8 mm×10 mm
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    表  2  计算边界条件

    Table  2.   Computed boundary conditions

    边界约束
    AB,CDRx= Ry= Rz= Ux= Uz= 0,Uy≠0
    BC,AD自由
    HH`,GG`Uz =0
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    表  3  初始缺陷等级表(板厚t、板柔度$\; \beta $[12]

    Table  3.   The initial defect rating table [12](thickness t、flexible $\; \beta $

    等级缺陷幅度缺陷幅度/板厚
    轻度${\rm{0} }{\rm{.025} }{\beta ^{\rm{2} } }{{t} }$${\rm{0}}{\rm{.025}}{\beta ^{\rm{2}}}$
    中度${\rm{0} }{\rm{.1} }{\beta ^{\rm{2} } }{{t} }$${\rm{0}}{\rm{.1}}{\beta ^{\rm{2}}}$
    重度${\rm{0} }{\rm{.2} }{\beta ^{\rm{2} } }{{t} }$${\rm{0}}{\rm{.2}}{\beta ^{\rm{2}}}$
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    表  4  初始缺陷等级表及计算结果

    Table  4.   Initial defect grade table and calculation results

    等级t/mm系数A对应工况缺陷幅度/mm幅度/板厚极限降低幅度
    160.00imp000%——
    260.01imp11.4023%9.1%
    360.015imp1.52.1135%13.9%
    460.02imp22.8147%18.9%
    560.03imp34.2270%25.7%
    660.04imp45.6394%31.3%
    760.05imp57.04117%34.8%
    860.06imp68.44141%37.3%
    960.07imp79.85164%39.3%
    1060.08imp811.26188%40.0%
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    表  5  工况及模型参数及极限应力表

    Table  5.   Table of working conditions and model parameters and ultimate stress

    开孔模型不开孔模型
    工况
    编号
    甲板
    板厚/mm
    极限
    应力/KN
    工况
    编号
    甲板
    板厚/mm
    极限
    应力/KN
    15 0.459 9165 0.515 9
    25.5 0.495 1175.5 0.525 0
    36 0.542 2186 0.565 1
    46.5 0.617 1196.5 0.689 4
    57 0.639 8207 0.725 6
    68 0.662 3218 0.728 6
    710 0.572 22210 0.609 3
    812 0.716 62312 0.760 3
    913 0.476 52413 0.528 0
    1014 0.483 12514 0.526 2
    1116 0.464 52616 0.530 1
    1222 0.472 92722 0.504 9
    136 0.403 5286 0.449 3
    148 0.429 0298 0.472 8
    1510 0.422 93010 0.473 0
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    表  6  开孔高腹板计算工况

    Table  6.   Calculation conditions of the perforated high web frame

    工况代号 甲板板厚T/mm 开孔半径R/mm 开孔形式
    P1R125T5 5 125 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R125T6 6 125 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R130T5 5 130 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R130T6 6 130 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R135T5 5 135 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R135T6 6 135 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R140T5 5 140 两个腰圆孔、一个圆孔
    P1R140T6 6 140 两个腰圆孔、一个圆孔
    P2R125T5 5 125 三个腰圆孔
    P2R125T6 6 125 三个腰圆孔
    P2R135T5 5 130 三个腰圆孔
    P2R135T6 6 130 三个腰圆孔
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    表  7  计算边界条件

    Table  7.   Computed boundary conditions

    边界约束
    AB,CDRx= Ry= Rz= Ux= Uz =0,Uy≠0
    BC,ADRx= Rz= Uz =0
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-08
  • 修回日期:  2020-06-01
  • 网络出版日期:  2021-04-30

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