极限海况下船体结构所受外载荷和结构极限承载能力是评估船体结构安全可靠的两个重要方面。若船体外载荷超过其极限承载能力,船体结构将崩溃破坏,导致海难、海损事故的发生。为了探究波浪中船体结构崩溃破坏特性,本研究将数值计算与模型实验相结合,对船体所受外载荷与结构响应特性展开研究,总结归纳了载荷-结构一体化数值分析系统。首先采用三维频域法计算极限海况下作用于船体的外载荷,并将其转换至结构模型进行结构非线性计算分析,得到船体结构在波浪中的逐次崩溃特性。依据数值计算结果并考虑模型加工条件和实验水池状况,设计铝合金船模,在波浪水池进行船模崩溃实验,进一步探究船体结构在波浪中的逐次崩溃特性。本文主要研究工作如下:(1)模型设计。根据船型特点和波浪水池尺度及造波能力,结合数值计算结果设计三舱段的实验船模。中间舱段为实验崩溃区域,其构件尺寸由所受载荷大小确定,使其能够在波浪水池中发生逐次崩溃。(2)构建载荷-结构一体化数值分析系统。首先计算指定载况和海况下作用于船体的外载荷,然后将各时刻的外载荷转化为节点力施加至结构模型,进行结构非线性有限元分析,得到各时刻结构的应力分布、变形模态等,从而揭示波浪中船体结构的逐次崩溃特性。(3)模型实验。构建模型测试系统,采集各时刻波浪状态、船模典型剖面应力分布、变形特性、指定位置压力分布以及船模运动状况等数据。随着波高的增加,作用于船模的外载荷逐渐增大,最终船体结构逐次崩溃破坏。通过对模型实验数据的分析,确定船模的外载荷、运动特性、应力分布状况及结构变形特点等,明确波浪中船体结构的逐次崩溃特性。研究分析结果表明,随着波峰由船艏逐渐向船舯运动,船底结构在总纵弯曲压应力和水压引起的局部弯曲压应力联合作用下先发生屈曲及屈服。随着总纵弯曲应力的增加,中和轴上移,甲板及舷顶列板结构也发生屈服,船体结构到达极限强度,随后承载能力迅速下降并崩溃破坏。