考虑极限强度与屈曲失效模式的双底箱梁弯曲通用畸变模型设计策略研究：第一部分 比例缩放策略

为解决双底箱梁在弯曲载荷下极限强度与屈曲失效模式的相似性问题，研究人员提出了一种通用畸变模型设计策略。通过数值与实验结合分析，实现了截面属性（如中性轴高度、惯性矩）与局部加筋板细长比的相似性，解决了传统方法无法同时满足垂向与中拱工况的难题。该策略为船舶结构安全评估提供了普适性方法，成果发表于《Ocean Engineering》。

　　

船舶结构在生命周期中常承受弯曲载荷，其极限承载能力与屈曲失效模式的准确评估至关重要。然而，全尺寸原型实验面临加载能力、数据采集等技术瓶颈，而传统比例模型因几何与厚度缩放不等（即畸变设计）易导致截面属性相似性破坏。针对这一问题，中国国家自然科学基金等项目支持的研究团队在《Ocean Engineering》发表论文，提出了一种适用于双底箱梁的通用畸变模型设计策略，通过同步实现中性轴高度、惯性矩和截面模量的相似性，解决了垂向（sagging）与中拱（hogging）工况下的普适性难题。

研究采用非线性有限元分析（FE）与实验验证相结合的方法，以S4R单元（Abaqus/Standard）构建模型，对比了多种缩放策略。关键步骤包括：基于相似性准则调整加筋板尺寸与厚度比例，引入修正因子维持截面面积相似性，并通过数值验证确保策略适用于任意弯曲工况。

描述原型
研究以双底薄壁箱梁为原型（图1），简化自苏伊士型油轮（Suezmax class），所有板材厚度统一为20 mm，T型加筋截面为500×150×10/22.5 mm，以反映主流船型特征。

截面惯性矩与中性轴高度的同步相似性策略
通过逐步优化设计（图2a），团队提出同时满足截面模量（deck/bottom）与局部加筋板细长比相似性的方法。例如，调整甲板板厚以平衡垂向与中拱工况的差异，并通过数值验证证明其普适性（图24）。

通用策略验证
针对简化油轮截面（Pro2），研究证实所提策略能精确复现原型极限弯矩与屈曲模式，误差控制在0.4%至14.4%内，优于传统平均厚度缩减模型。

结论与意义
该研究首次实现了畸变模型在任意弯曲工况下的截面属性相似性，突破了传统方法仅适用于单一载荷模式的局限。通过强化加筋方向与厚度调整，团队同步满足了中性轴高度、惯性矩和局部屈曲模式的相似性，为船舶结构安全设计提供了可靠工具。作者（Hongyang Ma等）强调，该方法可扩展至腐蚀或循环载荷下的强度评估，具有显著的工程应用价值。

（注：专业术语如FE（有限元分析）、S4R（壳单元类型）、sagging/hogging（垂向/中拱）等均按原文格式保留，实验细节未展开描述。）