海洋工程结构弹塑性设计及非线性响应研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

现代舰船的甲板受轮载作用的情况越来越多，如航空母舰、滚装船、载有直升机的驱逐舰、海洋平台、超大型海上浮动平台及汽车轮渡等。这些舰船的甲板结构设计必须考虑轮载的载荷效应。例如客滚船、滚装船的平台甲板以及航母的飞行甲板和海洋平台的直升机甲板等在轮载的作用下，会发生弹塑性变形。同时，随着北极航道的开发，极地航行船舶的设计也需要考虑船舶在航行过程中船体外板与浮冰的碰撞挤压而引起船体板的变形等。这些情况表明，船舶和海洋平台等海上结构物在受到局部均布载荷时，船体结构均可能受到一定程度的损坏，若载荷较大时，结构的稳定性和强度会受到影响，从而影响到船舶和海洋平台的使用性能和安全性。因此研究船体板在轮载和冰载等局部载荷作用下的弹塑性响应有助于船体设计者对船体结构的安全性、经济性有合理的认知，保证结构具有足够的强度裕度，从而保障船舶和平台上的生命财产的安全。

目前，国内外对轮载和冰载等局部载荷作用引起的船体板弹塑性响应的研究已经很多了，这些研究基本上是把船体板简化为四周刚性固定的光板或加筋板，把轮载和冰载简化为（局部）均布静荷载。

jackson (1981)^[1]对加筋板在轮载作用下的塑形响应进行了系列实验和仿真研究，他用加强筋将加筋板分割为不同长度比和板厚的板格，用两种轮印尺寸的矩形块实现局部均布静压，并且用真实的轮胎进行循环加卸载实验，得到不同尺寸的板格的变形历程曲线，实验中考虑了板的焊接应力和初始变形，分析板格的长宽比、厚度及初始缺陷等对板的塑性响应的影响，最后用数值模拟的结果与实验结果进行对比分析，验证实验结果的可靠性。hong和amdahl（2007）^[2]提出了针对四边刚性固定的矩形板在局部均布横向静载作用下的“双钻式”变形模式，并利用塑性铰理论初步给出了塑性设计公式。在hong和amdahl的研究基础上，上海交通大学的陈伟杰和刘俊（2015）^[12]为进一步提高“双钻式”模型的适用性，采用非线性有限元方法，通过变化板厚及载荷作用区域的大小等因素，对lin hong等人“双钻式”失效模式下的塑性设计公式进行了拟合修正，得到了适用于求解不同局部冰载荷作用下船体板塑性变形的计算公式，该公式可用于冰载荷下船舶舷侧板的强度校核。

2. 研究的基本内容与方案

本次毕业设计是通过有限元方法和试验方法的结合，开展四周刚固矩形板在受到局部均布静态载荷下的响应研究，从而得到结构响应随载荷变化曲线，然后依据不同的设计准则（许用永久变形和许用最大应力等）来校核船体板的强度是否满足要求。

拟采用的技术方案和措施是开展不同长宽比和板厚的矩形板的系列响应研究，将有限元计算分析结果与实验结果进行相互对比和验证，得到长宽比和板厚等因素对甲板弹塑性能的影响，对实验项目进行数值延伸，绘制船体板的板厚设计曲线，用于结构的初始强度设计。此外，如果时间和条件允许，加设板架模型进行试验或数值模拟，比较板架模型和单板模型的实验结果，包括应力和位移等，从而比较边界条件对甲板弹塑性能的影响。

在整个毕业设计过程中，还需要达到或完成以下四个方面的工作：

1、根据毕业设计任务书的内容和要求，进行文献的收集和阅读工作，不少于15篇，其中2篇外文文献，翻译大约5000字的外文文章；

3. 研究计划与安排

第1－2周：分析设计任务书，了解设计要求。查阅相关文献资料，确定方案，完成开题报告。

第3周：阅读文献，完成英语论文翻译。

第4－6周：设计实验方案，准备实验工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] jackson r i. design of deck structures under wheel loads [j]. naval architect, 1981 (3): t119-t144.

[2] hong l, amdahl j. plastic design of laterally patch loaded plates for ships [j]. marine structures, 2007, 20(3): 124-142.

[3] wood rh. plastic and elastic design of slabs and plates. new york: the ronald press; 1961. [4]nyseth h, holtsmark g. analytical plastic capacity formulation for plates subject to ice loads and similar types of patch loadings. in: proceedings of 25th international conference on offshore mechanics and arctic engineering (omae2006), hamburg, germany, p. 12.