船舶制造相关工艺的应力与变形问题研究

论文摘要

提高船舶质量,降低生产成本,缩短施工时间,是船舶行业经济发展到一定阶段的必然结果和要求。改进造船工艺水平是提高船舶质量,降低生产成本的主要手段。船舶建造过程应力和变形控制研究是改进造船工艺水平的基础,深入研究船舶制造中的应力和变形问题,从力学角度分析造船工艺的科学性和合理性,发现问题,找出改进措施,进而为施工工艺改进提供理论基础和技术支持。本论文主要对如下三项船舶制造相关工艺技术进行研究:(1)船体外板自重成型预报研究开展了船体外板自重成型预报系统研究。在考虑大应变效应基础上,采用有限元方法分析薄板大挠度弯曲,经实船板自重成型实验验证,所建立的船体板有限元模型准确可靠。应用有限元法进行船体板自重成型数值实验,确定钢板几何参数与钢板成型间的函数关系,建立船体外板自重成型的数学模型。基于以上算法,结合加工精度要求,开发了自重成型预报系统。该预报系统已用于船厂生产实践,产生良好效益。(2)上层建筑整体吊装工艺技术研究首先,进行了上层建筑整体吊装工艺研究。以1.26万吨油船上层建筑为例,进行上层建筑整体吊装强度分析。在此基础上,进行吊装辅助工装设备—吊架的发明设计工作,并根据吊架设计整吊工艺方案,计算验证方案的可靠性,对上层建筑整体吊装用吊架发明进行详细说明。其次,开展了吊环强度校核方法研究。分析吊环孔分布力情况,并结合曲梁理论推导了新的吊环强度计算公式。通过与传统强度校核公式和有限元计算结果对比可以看出,新公式计算结果比传统强度校核公式更加接近实际情况。采用新的吊环强度计算公式可显著提高吊环结构设计的可靠性。(3)船体结构修造开口工艺技术研究采用热弹塑性理论,应用有限元方法,建立切割分析数值模型。进行切割实验研究,采用红外测温技术测量切割过程温度场,采用压痕应变法测量钢板切割残余应力。将实验数据和数值模拟结果对比,可以看出二者基本一致,验证了切割数值模型的可靠性。在此基础上,对平板切割开口进行数值实验,分析了割缝长度、钢板边界约束条件、钢板尺寸、开口形式和开口位置的影响规律。应用所建立的切割模型,对船体结构开口进行数值模拟,分析切割开口工艺的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的科学依据与工程意义
• 1.1.1 船体外板自重成型预报研究
• 1.1.2 上层建筑整体吊装工艺过程研究
• 1.1.3 船体结构修造开口工艺过程研究
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 船体外板自重成型预报研究进展
• 1.2.2 上层建筑整体吊装工艺研究进展
• 1.2.3 船体结构修造开口工艺研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 小结
• 参考文献
• 2 船体外板自重成型预报研究
• 2.1 引言
• 2.2 弹性理论求解自重成型
• 2.2.1 李维法计算平板的自重成型
• 2.2.2 壳体理论计算柱壳板的自重成型
• 2.2.3 有限元方法求解自重成型
• 2.3 大挠度弯曲问题和实船板自重成型实验
• 2.3.1 薄板的大挠度弯曲问题
• 2.3.2 有限元方法分析大挠度弯曲
• 2.3.3 实船板自重成型实验
• 2.3.4 弹性理论和大挠度弯曲问题结果比较
• 2.4 实船板自重成型工艺参数数值实验分析
• 2.4.1 自重成型工艺参数分析
• 2.4.2 船体板自重成型数值实验
• 2.4.3 应用曲线估计确立成型参数函数关系
• 2.5 应用神经网络进行船体板自重成型预报研究
• 2.5.1 神经网络方法简介
• 2.5.2 BP网络传播算法
• 2.5.3 自重成型神经网络的结构设计
• 2.5.4 神经网络的训练
• 2.5.5 神经网络模型的计算结果
• 2.5.6 小结
• 2.6 船体外板自重成型预报系统
• 2.6.1 船体外板水火弯成型加工专家系统
• 2.6.2 外板自重成型算法分析
• 2.6.3 自重成型预报系统程序描述
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 3 上层建筑整体吊装工艺过程研究
• 3.1 引言
• 3.2 上层建筑整体吊装变形衡准
• 3.3 上层建筑整体吊装常规方法可行性研究
• 3.3.1 常规吊装方法
• 3.3.2 1.26万吨成品油船上层建筑建模
• 3.3.3 上层建筑吊装强度数值分析
• 3.3.4 小结
• 3.4 整体吊装辅助工装研究
• 3.4.1 吊架设计研究
• 3.4.2 吊装方案安全性分析
• 3.4.3 上层建筑整体吊装用吊架发明介绍
• 3.5 基于曲梁理论的吊环结构强度分析
• 3.5.1 吊环常见破坏形式
• 3.5.2 吊环变形计算
• 3.5.3 吊环受力计算
• 3.5.4 曲梁和吊环的应力计算
• 3.5.5 算例分析
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 4 船体结构修造开口工艺过程研究
• 4.1 切割数值模型研究
• 4.1.1 氧气切割复合热源模型研究
• 4.1.2 切割过程导热微分方程
• 4.1.3 切割过程数值计算模型
• 4.1.4 小结
• 4.2 切割过程的实验研究
• 4.2.1 实验目的
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 钢板切割实验方案
• 4.2.4 温度场数值模型的验证
• 4.2.5 变形场数值模型的验证
• 4.2.6 误差分析
• 4.2.7 实验结果分析
• 4.3 结构切割开口工艺的安全性研究
• 4.3.1 平板切割开口规律分析
• 4.3.2 船体结构切割开口数值分析
• 4.3.3 小结
• 4.4 临时开口封闭焊接过程的数值分析
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 焊接有限元模型的简化
• 4.4.3 焊接的有限元分析
• 4.4.4 切割对焊接工艺的影响
• 4.4.5 平板开口封闭焊接规律分析
• 4.4.5 船舶结构开口封闭焊接数值分析
• 4.4.6 小结
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 总结与展望
• 全文工作总结
• 展望
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 作者简介