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船首底部砰击强度的可靠性分析
作 者: 张志民
导 师: 戴仰山
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 砰击压力 极限承载能力 概率分析 长期预报 可靠性分析 目标可靠性指标 强度定值评定
分类号: U661
类 型: 博士论文
年 份: 2001年
下 载: 295次
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内容摘要
船首底部砰击是船舶在严重海况中航行时经常发生的一种物理现象。砰击发生瞬间,会在底部区域产生巨大的砰击压力,从而威肋底板的强度。本文的主要内容就是在考虑各种不确定性因素影响的情况下,用概率分析的方法较为合理地计算作用在底板上的砰击压力和底板极限承载能力,并用可靠性方法合理评定底板的安全性。为此,本文主要在下面几个方面进行了探索: 首先,建立了底板砰击极值压力的长期预报方法,通过分析海况、航速、航向角、装载状态等不同的影响,合理简化了长期预报的计算过程。使得该方法易于在实际工程计算中得以实现。 其次,依据极限状态的定义,给出了适用于有限元计算的底板失效模式。并采用该失效模式对大量计算模型进行了计算和分析,找到了底板几何尺寸和材料机械性能对底板极限承载能力的影响规律。在此基础上,对由传统极限分析方法得到的底板极限承载能力上限解的计算公式进行了合理的修正。得到了形式简单,结果较为准确的新公式。 再次,以五艘散货船为例,对中国、美国、挪威和英国的船舶设计与建造规范的有关规定进行了计算、比较和分析,指出了其中存在的问题和产生这些问题的原因。并采用可靠性分析的方法研究了实船和四国规范对应的船首底板的可靠性指标,以此为依据,给出目标可靠性指标的确定方法。 在上述工作的基础上,对我国建造规范中原有的砰击压力名义值和底板承载能力名义值的计算公式进行了修正,并参照选定的目标可靠性指标求出了安全系数,给出了更为科学合理的船首底部砰击强度定值评定公式。
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全文目录
第1章 绪论 10-19 1.1 课题的来源与意义 10-11 1.2 底部砰击压力预报的研究综述 11-14 1.2.1 船舶运动的研究综述 11-13 1.2.2 底部砰击压力的研究综述 13-14 1.3 船底板极限承载能力的研究综述 14-16 1.4 底部结构可靠性分析的研究综述 16-18 1.5 本文的主要工作 18-19 第2章 船舶在不规则波浪中的垂向相对运动 19-36 2.1 概述 19-20 2.2 坐标系的建立与波浪描述 20-23 2.2.1 坐标系的选取 20 2.2.2 波浪及海况的描述 20-23 2.3 垂向运动方程的建立与求解 23-29 2.3.1 运动方程的建立 23-27 2.3.2 运动方程的求解 27-29 2.4 影响垂向相对运动的几种重要因素 29-35 2.5 本章小结 35-36 第3章 底部砰击压力的预报 36-70 3.1 概述 36-37 3.2 底部砰击的物理特性 37-39 3.3 计算砰击压力的各种方法比较 39-48 3.3.1 砰击压力的理论方法研究 39-44 3.3.2 砰击压力的试验方法研究 44-48 3.4 底部砰击压力的短期预报和长期预报 48-55 3.4.1 砰击压力的短期预报 48-53 3.4.2 砰击压力的长期预报 53-55 3.5 对底部砰击压力长期预报的简化 55-66 3.5.1 航速数目的简化 56-60 3.5.2 航向角数目的简化 60-62 3.5.3 海况数目的简化 62-66 3.6 实船计算结果 66-68 3.7 本章小结 68-70 第4章 船首底板的极限承载能力 70-110 4.1 概述 70-71 4.2 计算模型的建立 71-73 4.3 底板极限承载能力的理论计算方法 73-85 4.3.1 结构极限分析中的一些基本概念 74-76 4.3.2 极限分析中的基本假设和方程 76-79 4.3.3 经典上、下限定理 79-83 4.3.4 变分原理在极限分析中的应用 83-85 4.4 用有限元法修正极限承载能力的理论公式 85-93 4.5 影响极限承载能力的不确定性因素分析 93-96 4.6 底板极限承载能力特征值计算 96-105 4.6.1 特征值的近似计算方法 96-100 4.6.2 底板极限承载能力统计值比较 100-105 4.7 计算结果 105-107 4.8 本章小结 107-110 第5章 船首底板砰击强度的可靠性分析 110-148 5.1 概述 110-111 5.2 可靠性的基本概念 111-113 5.3 可靠性分析方法比较 113-118 5.3.1 可靠性方法简介 113-116 5.3.2 实船对应的可靠性指标 116-118 5.4 各规范砰击强度校核的分析 118-125 5.5 目标可靠性指标的确定 125-135 5.5.1 确定目标可靠性指标的方法 126-127 5.5.2 规范对应的可靠性指标 127-133 5.5.3 目标可靠性指标 133-135 5.6 船首底板砰击强度的定值评定 135-146 5.6.1 名义值的条件 136-137 5.6.2 砰击压力名义值的计算公式 137-142 5.6.3 底板承载能力名义值的计算公式 142-143 5.6.4 安全系数的确定 143-146 5.7 本章小结 146-148 结论 148-151 参考文献 151-166 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 166-167 致谢 167
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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶原理
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