Моделирање чврстоће ортотропних панела бродске конструкције еквивалентним неоребреним плочама

Abstract

Проблеми понашања оребрених плоча (панела), као основних јединица бродских конструкција представљају једну од најзначајнијих истраживачких тема из области чврстоће бродских консктрукција. У овом раду оребрене плоче моделиране су неоребреним плочама, са циљем да се одзиви и једне и д руге у ш то в ећој м ери п одударају. У т у с врху р азвијена ј е процедура (метода еквиваленције) којом се за сваку оребрену плочу могу прорачунати параметри еластичности неоребрене плоче, тако да маскимални угиби и напони, у обе плоче, буду једнаки. Ово подразумева и дефинисање еквивалентног коначног елемента плоче који у својој матрици крутости, хомогенизује особине плоче и укрућења. Развијени математички алгоритам узима у обзир употребу теорије ортоторпних плоча и методе коначних елемената. С о бзиром д а ј е т руп б рoда састављен од великог броја оребрених плоча, сврха моделирања чврстоће еквивалентним плочама свакако је формирање нумеричког модела бродске конструкције са редукованим бројем елемената и степени слободе. Овај модел, за разлику од конвецнионалног, не поседује укрућења, само еквивалентне неоребрене плоче. Поређењем конкретног нумеричког модела трупа брода састављеног од конвенционалних коначних елемената и оног од нових, еквивалетних елемената, добијена је јаснија слика о примени, предностима и манама развијене методе. Циљ рада је да се употребом методе еквиваленције, поједностави структурно моделирање великих нумеричких модела бродске конкстуркције, без значајнијих губитака у квалитету анализе, односно одређеним померањима и напонима у констуркцији. Такође је урађена и серија мерења на конкретним моделима оребрених плоча да би се утврдила генерална разлика у одзивима реалне консктрукције у односу на одзив добијен применом методе коначних елемената, имајући у виду да се ова нумеричка метода користи у оквиру методе еквиваленције.

One of the most important research topic in the field of ship strength analysis is the problem of structural behavior of stiffened plates (panels), as the basic units of ship structures. In this paper, stiffened plates are modeled as unstiffened ones, with the purpose to achieve the compliance in their structural response, as much as possible. Therefore, the procedure (equivalence method) is developed in order to obtain elasticity parameters of unsiffened plates so that maximum displacements and stresses would be the same in both plates. Furthermore, an equivalent finite element is defined. This element has stiffness matrix that homogenize the mechanical prorerties of both plate and stiffener. Developed mathematical algorithm takes into account application of orthotropic plate theory and finite element method. Considering that ship hull consists of large number of stiffened plates, the goal of equivalent plate strength modeling is to form a numerical model of ship structure with a reduced number of elements and degrees of freedom. This model, apart from convencional one, does not have stiffeners, just equivalent unstiffened plates. Comparing the specific numerical model of ship structure that consists of conventional finite elements and one that consists of new, equivalent elements, one can get more clear view on application, advanteges and disadvantages of developed method. The goal of this thesis is to simplify structural modelling of large numerical models of ship strucutures, without any significant loss in quality of the analysis, namely resulting displacements and stresses. Furthermore, a series of measurements is performed on specific models of stiffened plates in order to achieve general comparison of the structural response of real structure as opposed to numerically modeled one, especially having in mind that finite element method is incportporeted in equivalence method.