综述船舶极限强度研究现状,包括平板及加筋板及船体梁极限强度的计算分析方法,以及平板和加筋板、船体梁和实船极限强度试验研究。
研究船体结构的极限强度,首先要从板和加筋板的极限强度计算分析开始,船体板及加筋板的极限强度研究方法主要包括经验公式和解析法、有限元法和试验法。
在ISSC2000技术委员会建议对联合载荷作用下加筋板的极限强度进行研究后,一些学者对具有凹痕、开孔板的极限强度和铝制加筋板极限强度等进行研究。张少雄等基于有限元计算结果,给出单轴压力作用下的简支板中的凹痕形状、尺寸及位置对板极限强度的影响,并用曲线拟合方法得到了预报凹痕板极限强度经验公式。Paik基于有限元分析结果提出在边界剪切载荷作用下开孔板的极限强度预报经验公式,并给出双向轴压、边界剪切载荷作用下开孔板极限强度的关系。Masaoka等提出一个计及初始缺陷影响的在压缩载荷作用下加筋板简化设计方程。Rizzo等基于大量有限元计算结果,提出一种预报纯剪切载荷作用下加筋板极限强度预报的简化方法,并给出不同几何尺度和初始缺陷下的放大系数。
随着计算技术和非线性有限元的发展,许多大型通用有限元程序,如Marc,Ansys,Abaqus等,已经应用到加筋板极限强度预报中。有大量关于平板以及加筋板极限强度的有限元法研究。但是随着快速船舶的发展,铝制加筋板对于轻型运输系统具有较好的应用前景。而铝制结构与钢制结构不同,熔焊所产生的热影响区对结果极限强度有较大影响。因此,研究铝制加筋板的极限强度也就显得非常重要。
一些学者对于凹痕、腐蚀以及疲劳裂纹对极限强度影响也开展了大量的仿真研究。Nakai等对不同点蚀分布的板的强度进行研究,并讨论在面内压缩和弯曲载荷作用下点蚀对极限强度的影响。Ok等通过非线性有限元软件,完成在局部点蚀的影响下平板极限强度的计算。Huang等对计及点蚀影响的板在轴压下的极限强度进行数值计算,研究点蚀体积与极限强度之间的关系。
船体结构极限强度模型试验是研究船体纵向极限强度的主要方法之一,模型试验可以代表船体总纵极限强度,采用缩尺模型,可以减少试验难度,降低试验成本;通过试验,可以比较直观的研究结构在外载荷作用下从局部到整体逐步渐进的崩溃过程。由于实船试验耗费巨大,并且很难进行实船极限强度试验,因此,实船试验进行得很少,更多的是进行加筋箱型梁模型试验,虽然试验对象不再是船舶的缩尺模型,但为船体结构极限强度理论预报方法的验证提供了许多有参考价值的数据和结论。
Paik等通过试验方法研究具有初始裂纹的平板在轴线压缩或拉伸载荷作用下的极限强度以及具有初始裂纹的箱型结构在轴向压缩载荷作用下的极限强度。Gordo等采用名义屈服应力为690MPa的高强度钢制作3个不同细长比的箱型梁模型,通过四点弯曲的加载方式,完成箱型梁极限强度试验。Saad-Eldeen等通过将3个箱型梁模型放入海水中,研究非线性腐蚀对箱型梁极限强度的影响。随后Saad-Eldeen等根据试验的结果进行了结构响应、初始缺陷的幅值以及形状、板的细长比和结构失效之间的关系的研究。Gordo等通过四点弯曲加载方式完成4个不同板厚与跨距的箱型梁极限强度试验。