2019矿砂船船体结构高级屈曲评估指南.docx
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1、矿砂船船体结构高级屈曲评估指南2019目录第1章一般规定11.1 一般要求11.2 高级屈曲方法11.3 应用及评估流程31.4 屈曲利用因子41.5 屈曲接受衡准51.6 厚度折减61.7 计算应力修正6第2章屈曲评估应用71.1 1一般要求71.2 评估方法71.3 矿砂船结构板格类型及适用的评估方法81.4 加筋和非加筋板格的模型化111.5 板格的平均厚度131.6 板格的屈服应力141.7 参考应力141.8 侧向压力141.9 槽形舱壁14附录1直接计算的参考应力181.1 符号说明181.2 一般规定181.3 参考应力19第3章加筋板格屈曲/极限强度的闭合公式评估方法(CFM)
2、223.1 符号说明223.2 一般要求243.3 板和加强筋253.4 主要支撑构件的腹板363.5 支杆、支柱和横撑材403.6 槽形舱壁443.7 闭合公式法的计算软件Compass-ABA-Cfm45附录2板格的屈曲因子和折减因子461.1 符号说明461.2 平面板格4613曲板板格46第4章加筋板格屈曲/极限强度的弹塑性评估方法(EPM)581.1 1一般要求581.2 基本方法581.3 理论分析模型601.4 弹塑性法的计算软件Compass-ABA-Epm66第5章加筋板格屈曲/极限强度的非线性有限元分析方法(NLFEM)695.1 一般要求695.2 模型理想化705.3
3、单元和网格715.4 边界条件和载荷725.5 初始缺陷765.6 求解流程795.7 非线性有限元法的计算软件Compass-ABA-NLFEM79第1章一般规定1.1 一般要求1.1.1 本指南基于加筋板结构弹塑性/极限能力的高级屈曲分析方法论,针对矿砂船结构特点和直接计算要求,给出了船体加筋板结构高级屈曲评估方法应用的有关要求,适用于船体外板、内壳板、内底板、甲板、舱壁板和主要及局部支撑构件腹板结构,以及支柱、支杆、横撑材和槽形舱壁等其他构件的屈曲和极限强度评估。1.1.2 应用本指南对矿砂船结构进行屈曲强度评估时,还应结合CCS矿砂船船体结构强度直接计算指南中的屈曲评估相关要求进行,如
4、与矿砂船船体结构强度直接计算指南不一致的部分,以本指南为准。1.1.3 对于各个结构构件,其特征屈曲强度应按最不利/临界的屈曲失效模式取值。1.1.4 本指南中,压应力和剪应力取为正值,拉应力取为负值。1.1.5 除另有规定外,应按本章1.6对构件厚度进行折减。1.1.6 除另有规定外,应按本章1.7对计算应力进行修正。1.1.7 经CCS同意,可接受其他高级屈曲评估方法。1.1.8 其他船舶和海工结构加筋板结构的高级屈曲评估也可参考本指南执行。1.2 高级屈曲方法1.2.1 屈曲失稳是结构最主要的失效模式之一。以往经典的屈曲强度理论,将结构的稳定性问题控制在线弹性屈曲范围内。实际上,船体结构
5、由于其布置和构造特点而具有一定的冗余度,因此船体结构中的板格局部弹性屈曲并不一定使结构达到危险状态,见图121(1)。在达到弹性屈曲后,结构进入弹塑性阶段(后屈曲/塑性屈曲),通过应力重分布,还可继续承受外载,直至结构发生垮塌,见图121(2)o此时的外载即为结构的最大承载力,也称为结构的极限能力或极限强度,见图1.2.1(3)o图1.2.1(1)加筋板格的线弹性屈曲模型图1 2. 1(2)加筋板格的垮塌模型图1.2.1(3)加筋板格极限能力分析过程的应力-变形示意图1.2.2 本指南中,高级屈曲方法主要系指能够有效地考虑板格后屈曲和塑性屈曲行为,以及加强筋极限强度的非线性屈曲评估方法。应用高
6、级屈曲方法的目的,是为在确保加筋板格不发生垮塌的前提下,可以更充分地利用加筋板结构的极限承载能力。1.2.3 高级屈曲方法应考虑结构几何非线性、材料非线性,以及初始缺陷和残余应力等影响因素,见图1.2.3,并计及复杂应力的联合作用和各种边界条件情况。1.2.4 本指南中,给出以下三种高级屈曲评估方法:1)闭合公式法(CFM:Close-FormedMethod)基于试验数据和数值计算结果拟合得到的半经验型屈曲能力相关方程;2)弹塑性法(EPM:Elasto-PlaslicMethod)采用弹性大挠度板壳理论和刚塑性分析求解屈曲能力;3)非线性有限元法(NLFEM:Non-linearFinit
7、eElementMethod)基于非线性力学原理的有限元数值分析方法,即基于非线性大变形理论,通过增量迭代跟踪平衡路径,从而得到板格结构的极限载荷和变形状态。1.2.5 本章124中所述的三种高级屈曲方法的适用性及之间的应用层次和替代关系如下:(1)闭合公式法具有对双轴向应力、剪应力和侧向压力联合作用下的非加筋/纵向加筋板格(包括开口腹板)的屈曲及极限强度评估功能,且能够计及板格边缘线性分布的受力模式和各类边界条件,适用于相应的设计和审图工作,一般作为工程上的首选方法;(2)弹塑性法目前具有对双轴向应力、剪应力和侧向压力联合作用下的非加筋/纵向加筋/正交双向加筋板格的屈曲及极限强度评估功能,可
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