[科普中国]-最高强度

强度是指表示工程材料抵抗断裂和过度变形的力学性能之一。最高强度指的是材料的强度极限，是指物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力。材料抵抗外力破坏的最大能力总称为最高强度。受的外力是拉力时称抗拉强度极限；受压时称抗压强度极限；受弯时称抗弯强度极限；受剪时称抗剪强度极限。

简介根据某种材料的试验结果绘出直杆的应力与应变交的关系图线，如图所示。开始阶段，应力与应变都甚小，两者成正比关系，即服从胡克定律，a点称为比例极限。应力超过这一限度，但在b点以内，应力与应变虽不再按比例关系变化，但当撤去外力后，材料仍能恢复原状，将相应于b点的应力称为弹性极限。继而，当应力超过弹性极限时,，发生一种所谓塑性形变，这时撤去外力，形变并不完全消失。如果在达到塑性形变范围内某一点c时，撤去外力，则材料将不沿曲线cbaO返回原态，形变将沿图示的虚线CE减小，这时材料留有剩余形变OE。若应力继续增大。便可使材料达到被破坏的程度，相应于d点的应力称为最大强度。如果强度极限与弹性极限很接近，这种材料只能产生微小的剩余形变，而称其为脆体(例如滓火钢)。能能够产生很大塑性的材料，称为塑性体。例如，铅丝或锌丝就能显示出较大的塑性，极易产生剩余形变1。

最高强度的相关分析完整和破损船体最高强度非线性有限元分析以带上层建筑的某A船极限强度设计为例，基于建立的船体极限强度非线性有限元分析的完整框架，对A船中拱极限强度进行分析。利用纵向和横向对称条件，选取船舯1/4舱段为分析对象，附加适当长度的加载段，在加载段施加线性分布载荷，选取合理的边界条件。此时上层建筑大部分已屈服，底部发生屈曲，而中和轴附近保持弹性状态，弹性区域偏向受压底部。A船中拱弯矩与纵向位移关系还给出了理想结构单元法和解析方法的计算结果，三种方法的计算结果相当吻合。

舰船在战争环境中面临着来自空中、水面和水下的各种常规武器 (如反舰导弹、激光炸弹、鱼雷和水雷等) 的攻击，爆炸破损在舰船船体横剖面上的位置是全方位的。基于建立的船体极限强度非线性有限元分析的完整框架，模拟某B船上舷侧爆炸破损典型工况，利用纵向对称条件，选取船舯1/2舱段为分析对象，附加适当长度的加载段，在加载段施加线性分布载荷，选取合理的边界条件。由于剩余有效剖面的非对称性，剖面极限中和轴不再与基线平行，极限中和轴相对于弹性中和轴发生平移和转动；受拉边缘屈服，受压边缘屈曲，而极限中和轴附近保持弹性。

船体最高强度分析的改进解析方法在船体极限强度研究的理论方法中，直接方法和简化方法是面向设计的方法。对于破损船体结构非对称的情况，弯矩与曲率方向在非弹性阶段不再存在固定的关系，简化方法需由插值计算得到破损船体极限强度。直接方法中的线弹性方法十分简单，但计算精度可能不好，因为在压缩边缘屈曲后船体性能不再是线性，剖面中和轴的位置将发生变化；使用经验公式对于常规船型可以得到合理的解，但人们在用经验公式计算新的或通用船型时必须小心，因为它们由有限的数据导出；而解析方法通过假设船体剖面在极限状态下的应力分布，考虑压缩边缘屈曲和拉伸边缘屈服由理论计算得到船体极限强度，可以更精确地包括不同剖面和材料的影响。Paik和Mansour (1995) 基于极限状态时中和轴附近材料保持弹性状态和弹性区域偏向受拉一侧的假设，推导了完整船体极限强度的解析公式，比较研结果表明，虽然解析方法没有显式地包含结构构件的卸载效应，但只要假设的剖面应力分布合理，还是可以得到准确的结果2。

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黎明 - 副教授 - 西南大学