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发布时间:2024-01-11 23:17:23
水面舰船规范中甲板纵骨稳定性校核的差异研究王晓强;陈崧;李陈峰;任慧龙【摘要】Decklongitudinalstabilityproblemisanimportantissueforsurfacewarship'sstructuredesign.DifferentmethodsindeterminingthelongitudinalbandplatereductioncoefficientaccordingtothestandardofShipGeneralSpecifications(SGS,GJB4000-2000andStructureDesignandCalculationMethodforSurfaceShip(SDCM,GJB/Z119-99maybeleadtodifferentconclusions.Differencesbetweenthesetwonationalmilitarystandardswereanalyzedbytheoryandexplainedbynumericalcomputationexamples.ResultsshowthatthestandardofSGSismorestrictthanSDCM.%甲板纵骨的稳定性问题是水面舰船结构设计中的一个重要问题.《舰船通用规范》和《水面舰艇结构设计计算方法》对纵骨带板折减系数取法的差异有时会导致工程中出现不同的结果.从理论上分析了《舰船通用规范》和《水面舰艇结构设计计算方法》对纵骨屈曲分析评估方法的差异,并用数值算例结果给予说明.研究结果为:《舰船通用规范》中的稳定性校核标准较《水面舰艇结构设计计算方法》严格,对于理解和修订国军标以及保证舰船结构安全有一定的理论意义和实用价值.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷,期】2012(007002【总页数】4页(P56-59【关键词】水面舰艇;国军标;纵骨;稳定性;极限状态
【作者】王晓强;陈崧;李陈峰;任慧龙【作者单位】中国舰船研究设计中心军事代表室,湖北武汉430064;中国舰船研究设计中心军事代表室,湖北武汉430064;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】U661.43结构稳定性是指在承受轴向压缩荷载时能够保持结构初始形状的能力。以甲板结构为例,在中垂状态下,甲板承受较大的轴向压力,其稳定性问题就显得较为突出,一旦丧失稳定性,必将导致整个结构的破坏,且失稳失效往往先于屈服失效出现。因此,船舶结构稳定性问题是船舶结构设计中的重要问题[1-2]。随着高强度钢的广泛应用,同样载荷下的船体结构厚度减小,刚度随之降低,结构的稳定性问题就显得更为突出。通过广大学者近30年的努力,目前在板架和加筋板稳定性的计算方法、试验研究等方面取得了不少成果,有些成果已纳入水面舰艇设计规范。规范中关于结构稳定性校核的条款采用的理论和方法基本一致,均参照前苏联提出的欧拉应力修正曲线的临界应力校核方法,但有效带板宽度的计算或带板折减系数的选取存在一定的差异,这就会导致纵骨的稳定性校核有时不能同时满足多个规范的要求。本文从船体强度及稳定性理论出发,推导纵骨稳定性校核的相关公式与参数,分析折减系数产生差异的原因和影响,为水面舰艇结构设计及稳定性校核提供一些参考。研究结构的稳定性应求出其临界应力,使该值不小于所受的压应力,使结构能正常工作。对于两端简支的单跨梁,其欧拉应力σE的计算公式为:
目前水面舰船结构设计与计算常用的2项规范——《舰船通用规范》(简称GJB4000-2000)和《水面舰艇结构设计计算方法》(简称GJB/Z119-99),对于纵骨稳定性校核的方法基本一致,其主要条款要求如下:式中,b为纵骨间距;φ为折减系数,变化范围是0<φ≤1,当φ>1时,取φ=1。按式(1)求得的欧拉应力σE为构件在弹性范围内失稳的应力。事实上,压杆在失稳时材料可能已超过弹性范围,并且实践也表明超过弹性范围时失稳的力远小于欧拉应力。通常将构件在弹性范围外失稳的应力叫作临界应力或屈曲应力σcr。临界应力σcr是结构从初始形状向其他形状突变时的平均应力,取决于结构的尺寸、形状、材料和所受压力分布模式,是一个结构的固有值。临界应力σcr的计算方法主要有欧拉应力修正法和基于切线理论的方法。欧拉应力修正法是目前常用的一种方法,计算结果如图1中实线所示。式中,E为材料弹性模量;I为包括带板的骨材剖面惯性矩;l为骨材跨距;f为骨材本身剖面积;be为有效带板宽度;t为带板厚度;σE为纵骨欧拉应力;σe为板材的欧拉应力。带板有效宽度计算公式为:图1中,横坐标为σE/σS,纵坐标为σcr/σS,σS为材料屈服极限。当σE/σS≤0.5时,σcr≈σE;当σE/σS=2.5时,σcr/σS=0.99。对该修正曲线进行处理,即可得到工程上常用的临界应力σcr的计算公式:图1中的虚线根据式(3)计算得到,可以发现:该公式计算简便,且当构件的欧拉应力σE较小时,求得的临界应力σcr与试验值(欧拉应力修正曲线值)拟合较好;但当构件的欧拉应力σE较大时,临界应力σcr较试验值小(当σE/σS=2.5时,σcr/σS=