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专利号: 2021105350711
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑弯矩作用的薄壁梁剪切极限强度计算方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤S1,根据荷载的不同和截面中扶强材和纵骨构件的位置,将薄壁梁截面离散成一系列独立无相互作用的板格,建立薄壁梁截面单跨计算模型,输入截面材料的基本材料属性,所述基本材料属性包括屈服强度、弹性模量和泊松比;

步骤S2,计算截面惯性矩,根据平截面假设计算薄壁梁弹性极限弯矩;

步骤S3,施加弯矩,按照平截面假设计算各单元的正应力;

步骤S4,计算截面中各板格的宽厚比,将正应力代入板格在组合应力极限强度失效方程,计算考虑弯矩作用后板格的剪切极限应力;

步骤S5,将各板格单元的剪切极限应力乘以板格的厚度和长度,得到板格的极限剪力,合计所有竖向板格的剪力,得到考虑弯矩作用后的薄壁梁极限剪力;

所述步骤S2中,计算截面惯性矩,根据平截面假设计算薄壁梁弹性极限弯矩,弹性极限弯矩M1定义为离中和轴延截面高度方向距离最远的扶强材刚屈服或屈曲阶段时,即甲板或者底板刚刚进入屈服或屈曲阶段时,截面所承受的弯矩,公式如下:当甲板或者底板进入屈服阶段弯矩计算公式为

4 2

其中,I为薄壁梁截面的惯性矩,mm ,ReH为离中和轴最远的扶强材屈服强度,N/mm,ymax为离中和轴最远处板格到中和轴的距离,mm;

当甲板或者底板进入屈曲阶段弯矩计算公式为其中,符号同上,σc1为扶强材屈曲临界应力,计算公式如下:2

其中,E为材料弹性模型,N/mm ,L为扶强材计算长度,即一跨长度,mm,AE为扶强材横截

2 4

面面积,mm,IE为扶强材净惯性矩,mm;

所述步骤S3中,施加一个小于弹性极限弯矩M1的弯矩M,采用平截面假设计算各单元的正应力,此时截面依旧处于弹性状态,根据材料力学基本公式,计算截面中各单元的正应力分布,正应力计算公式如下:

2 4

其中,σx为单元的正应力,N/mm;y为单元到中和轴的距离,mm;I为截面惯性矩,mm;

所述步骤S4中,计算截面中各板格的宽厚比,将正应力σx代入板格在组合应力极限强度失效方程,计算出考虑弯矩作用后各单元的剪切极限应力τcr;

β为板的宽厚比,计算公式为

2 2 2

其中,b为板格宽度,mm,t为板格净厚度,mm,E为材料弹性模量,N/mm,ReH‑P为板格的材2

料屈服强度,N/mm;

板格在正应力和剪应力组合作用下的极限强度失效方程为对于σx≥0

对于σx<0

2

其中,σx为施加在板格边界上的正应力,N/mm,在考虑屈曲的计算中σx>0表示受压,σx2

<0表示受拉,τcr为施加在板格宽度方向边界上的剪应力,N/mm,σcx为延与屈曲板格长边平

2 2

行方向的极限屈曲应力,N/mm,τc为极限屈曲剪应力,N/mm,对于四边简支的板格极限剪应力τC,计算公式如下2

其中,τC为板格的极限剪切强度;ReH‑P为板格的材料屈服强度,N/mm ;Cτ为屈曲折减因子,有:λ为板格的参考长细比,有:

K为屈曲因子,有:

2

σE为板格的参考应力,N/mm;

2

其中,E为材料弹性模量,N/mm;t为板格净厚度,mm;a、b分别为板格长度和宽度,mm;

σcx为板的极限正应力计算公式为:σcx=CxReH‑p

2

其中,ReH为材料屈服强度,N/mm;Cx为折减因子,计算公式ψ为应力比,取1,λ为板格的参考长细比,λc计算公式为所述步骤S5中,将计算得到的各板格单元的极限剪应力乘以板格的厚度和长度,计算得到板格的极限剪力,合计所有竖向板格的剪力,得到考虑弯矩作用后的极限剪力Fcr,极限剪力计算公式为:其中,τcri为第i块板格考虑弯曲作用后的极限剪应力,ti,li分别为第i块板格板格的厚度和宽度,θi为第i块板格与水平线的夹角。