船舶结构节点的承载力分析.pdf

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1、第39卷第2期2010年4月船海工程SHIP＆OCEANENGINEERINGVoL39No．2Apr．2010DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2010．02．005船舶结构节点的承载力分析王波，杨平(武汉理工大学交通学院，武汉430063)摘要：通过有限元程序ANSYS计算分析。针对船体的梁连接节点，探讨肘板尺寸变化对节点承载能力影响的变化规律，并对龙骨节点结构的几种常见形式进行强度和屈曲性能的对比。关键词：船舶节点；肘板；强度；屈曲；承载力中图分类号：U661．4文献标志码：A文章编号

2、：1671—7953(2010)02—0018—04船舶结构中的构件是由节点连接在一起的，因此船舶节点的力学性能直接影响到船舶结构的承载能力[1{]。节点位置的破坏形式可能为强度破坏、屈曲破坏和疲劳破坏，由于船舶节点处结构的复杂和多样性，故难以获得解析的理论计算公式。文中运用有限元程序对船舶典型节点的强度和屈曲力学性能进行计算分析，并评价肘板尺寸的变化及不同节点形式的强度和屈曲的力学性能，为实际船舶结构设计提供参考。1梁肘板连接节点的分析I．1模型尺寸及边界条件分析船舶节点的强度不能只考虑孤立的连接肘板，还应考虑所

3、连接的构件。以梁加等边直角三角形肘板为例建立有限元模型。材料的弹性模量206GPa、泊松比0．3，梁的截面取角钢L100mm×75mm×8mm，长度取10×100—1000mm，带板宽500mm，厚度￡=10mill。按规范规定，肘板的边长n应不小于2倍梁的高度h。但为评价肘板尺寸的变化对节点力学性能的影响，现分别取n为1．6^、1．8^、2．0^、2．2^、2．4^，对于每个肘板边长，肘板的厚度根据梁的厚度t取0．8t、0．9t、1．o￡、1．k、1．2￡、1．3￡。梁加肘板整体计算模型加肘板一端固定约束，另一端

4、取对称性约束[3l。外力为梁上线均布荷载，大小为55kN。有限元计算模型见图l。18收稿日期：2009—04—03修回日期：2009-04—30作者简介：王波(1981一)，男。硕士生。研究方向：结构设计理论与计算方法。E-nmil．wb01021301@163．COITI图1梁节点整体计算模型1．2有限元计算结果1)梁节点强度计算。梁节点整体系列强度计算结果见表1，相应曲线图见图2。其中强度储备系数定义为：强度储备系数一西后一式中：仃，——材料的屈服极限；d一——梁节点整体最大计算应力。袭1强度储备系数计算值肘板

5、厚可r而—等．_而O．8￡0．9￡1．O￡1．1￡1．2f1．3f瓤逛窖R翅妖嘲穴倒肇匣403530252015lO0500／，／4厂。。’一-，，x▲—，一一／／乞／—习：擞r-／I：；：：r．1+24^0．8f09I1．OflfI．2，1．3f肘板厚度图2梁节点强度储备系数计算曲线83O373952743847623●1l1O632848159537389l2●141916O6539532724l12Oo2●l1l1648380746428278O1●1l1l82O6373941O84832O1l●l1l船舶结

6、构节点的承载力分析——王波，杨平2)梁节点屈曲计算。梁节点整体系列屈曲计算结果见表2，相应曲线见图3。表2屈曲系数计算值605550嚣2015—◆-l6hI+I8hl—／!+20h／／：+22h／／：／《+24h、17／

7、／r，二／一／l，／二‘≯4／r／Jt，二≯o：(≈；二>r匕乏／1．3结果数据分析由表1及图2可看出，在肘板的边长一定的情况下，模型的承载力随肘板厚度T的增加而增加。当T<￡的时候，承载力增加的效果比较好；当t

8、载力几乎不变，甚至还有小幅下降(变换角钢尺寸如采用IA501T11TI×100mm×10mn2时，也可得出相同的规律)。所以，要想使模型的承载力达到最大，可以取肘板的厚度为1．1倍梁的厚度。在肘板厚度一定的情况下，节点的承载力随着肘板的边长的增加而增加。从表2及图3可看出，在肘板边长一定的情况下，模型的屈曲系数随着板厚的增加近似地线性增加。在肘板厚度一定的情况下，模型的屈曲系数随着肘板边长的增加而减小，并且减小的速度越来越慢。以上屈曲计算是在弹性范围内的计算，实际应用中还需f蚓E弹忙色修正，根据文献f4I，修正公式

9、如下：，一、1靠。cry(1一去)，当卯≥专cry如=晚，当兜≤去cry厶式中：晚——弹性屈曲应力；民——材料的屈服极限；％——临界应力。2船底龙骨节点连接型式的分析根据中国船级社《钢质海船入级与建造规范》(2006)相关规定，单底船的龙骨在横舱壁处中断时，可采用三种形式与舱壁扶强材连接。1)用肘板与舱壁连接，肘板的高度和长度应等于龙骨的高度。此时龙骨的面板