板架结构复杂屈曲问题

摘要：利用Patran和MSC Nastran分析板的屈曲问题.明确利用有限元对板屈曲计算的方法，了解板架结构的长宽比和厚度对板架屈曲能力的影响程度.根据矩形板的中性平衡方程推导出板双轴向受压的临界压力公式，并利用有限元方法对其进行校核.

关键词：板架； 屈曲； 有限元

中图分类号：U663.8文献标志码：B

0引言

随着时代的发展和科学的进步，船舶行业也在不断改革创新，各种新船型和新技术不断涌现.随着航运事业的发展和要求，船舶不断向巨型化、多功能化发展.近几年，由于经济危机的影响，造船行业的发展受到很大冲击，对造船行业的生存和发展是一个巨大的考验.因此，必须努力提高船舶设计水平，降低造船成本.

一艘船舶的强度分析主要考虑屈服、屈曲和疲劳等3个方面，其中，屈曲、疲劳是船舶较难满足的2个方面.其原因主要是：（1）由于船体不断巨型化，其受力更加复杂；（2）为降低造船成本，降低空船质量，高强度钢的使用比例不断增加，使得船体屈曲、疲劳的问题更加突出.因此，很有必要研究分析船体的屈曲、疲劳问题.本文针对板架的屈曲问题，寻找板架屈曲的规律，分析板架复杂屈曲的特性，对更好地研究船体屈曲问题具有一定意义.

1利用有限元对简单板架分析

船体板架的受力和边界条件都比较复杂，因此，对船体板架屈曲能力的准确评估比较困难.在散货船和油船的设计规范中，对船体结构板架屈曲校核也有不同的方法，每种分析方法都进行一定程度的理想化，具有各自的优缺点.

本文利用有限元方法对板架的屈曲进行简单分析，了解模型范围和边界约束的不同对板架屈曲能力的影响.所取模型为底边舱斜板板架结构，见图1，板格净厚度为13 mm，长为2 730 mm，宽为800 mm.图 1底边舱斜板板架结构示意

Fig.1Plate structural of hopper有限元模型采用右手笛卡尔坐标系统，坐标x和y在板格平面内，其中，x方向为长边方向，z方向坐标垂直于x和y轴所在平面.利用Patran进行建模，用壳单元创建板，取弹性模量E=2.1×105 N/mm2和μ=0.3.假设板仅长边受压且四边为简支，有限元模型的边界条件和计算结果分别见图2和3.

4结论

分析研究板在弹性范围内屈曲有限元计算的方法，以及板在双轴向受压情况下的稳定性公式.经过一系列的计算分析，得到以下结论.

（1）在进行板架的屈曲分析时，要考虑筋对其临界应力的影响，筋尺寸和形式的不同，影响程度也不一样.

（2）在对板或板架进行有限元分析时，边界约束的不同，对其临界压力影响很大.

（3）经过推导，得到板双轴向受压时的稳定性公式，并利用有限元方法确定其准确性.另外，若是a>b，则无论k取何值，n恒为1，即板沿短边方向总是半波失稳.

（4）当k1）.

参考文献：

[1]陈铁运， 陈伯真. 船舶结构力学[M]. 上海： 上海交通大学出版社， 1991.

[2]刘兵山， 黄聪. Patran从入门到精通[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2003.（编辑陈锋杰）