超大型矿砂船首部结构强度评估与优化设计

论文摘要

随着矿砂船大型化的发展,结构设计者需要关注的问题也越来越多。相对于其他区域而言,超大型矿砂船的首部区域是发生屈服破坏、屈曲变形、疲劳裂纹等海损事故的重点区域。本论文的目的就是通过规范计算和直接强度计算研究超大型矿砂船首部区域的结构强度,并根据计算结果对其进行优化设计。为此,本文主要就以下几个方面进行了探讨：1.论述了计算底部砰击压力和外飘砰击压力的方法。将船体运动预报与经验公式相结合,进而在时域内预报砰击过程中砰击压力沿船体表面的三维空间.时间分布。2.基于规范设计,探讨了首部开孔平台及外板纵骨的数量和布置方式对首部结构重量的影响。在首部分别设置4层、5层、6层开孔平台,并且结合施工工艺的影响,定性地分析了设置不同层数平台的优缺点。在确定了平台布置方案之后,又计算了不同纵骨排列方式对首部区域结构重量和焊接工作量的影响。3.论述了基于DNV规范的直接强度计算评估方法。从模型的确立、载荷计算以及结构强度评估准则等方面进行了详细的说明。对于结构容易损坏的区域(如骨材穿越强框的节点),进行细网格的有限元分析。设计载荷分别取为规范设计砰击压力和直接预报得到的瞬态载荷。4.对基于谱分析的疲劳评估直接计算法进行研究。对于实船首部容易产生疲劳裂纹区域的骨材进行基于有限元法的疲劳谱分析。主要介绍了包括有限元模型的细化,谱分析所需的波浪载荷的计算,并采用Sesam/Stofat程序实现了自动加载、自动提交计算、自动处理结果等短时高效的疲劳评估方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 船舶砰击载荷计算方法综述
• 1.2.2 优化设计研究综述
• 1.2.3 船舶疲劳强度研究综述
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 首部区域设计砰击载荷计算方法
• 2.1 海浪谱的时历模拟
• 2.1.1 线性波浪叠加法原理
• 2.2 船首底部砰击压力计算
• 2.2.1 底部砰击压力计算方法
• 2.2.2 底部砰击压力分布
• 2.2.3 船级社关于底部砰击压力的计算
• 2.3 船首外飘砰击压力计算
• 2.3.1 外飘砰击压力计算方法
• 2.3.2 外飘砰击压力持续时间
• 2.3.3 船级社关于外飘砰击压力的计算
• 2.4 实船计算
• 2.4.1 基本说明
• 2.4.2 底部砰击压力
• 2.4.3 外飘砰击压力
• 2.5 本章小结
• 第3章 首部结构优化设计
• 3.1 首部平台布置的优化
• 3.1.1 首部平台布置的考虑因素
• 3.1.2 不同的平台布置方案比较
• 3.1.3 不同平台布置方案的重量比较和主要支撑构件焊缝长度比较
• 3.2 外板纵骨间距的优化
• 3.3 本章小结
• 第4章 首部区域结构强度直接计算
• 4.1 概述
• 4.2 计算载荷
• 4.2.1 基本设计参数
• 4.2.2 作用在液舱边界上的液货载荷
• 4.2.3 作用在货舱边界上的货物载荷
• 4.3 有限元模型
• 4.4 边界条件的选取
• 4.5 计算工况
• 4.6 强度衡准
• 4.6.1 屈服强度的衡准
• 4.6.2 屈曲强度的衡准
• 4.7 实船计算结果
• 4.7.1 屈服强度评估
• 4.7.2 屈曲强度评估
• 4.8 砰击载荷作用下结构响应分析
• 4.8.1 瞬态动力分析
• 4.8.2 设计静压力下的应力响应
• 4.8.3 计算结果分析
• 4.9 本章小结
• 第5章 基于谱分析法的首部骨材疲劳强度评估
• 5.1 谱分析法的基本原理
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 谱分析方法的基本步骤
• 5.1.3 应力响应的传递函数
• 5.1.4 应力和S-N曲线的选取
• 5.1.5 厚度修正
• 5.1.6 平均应力影响
• 5.2 实船计算
• 5.2.1 结构有限元局部细化模型
• 5.2.2 波浪载荷计算
• 5.2.3 应力响应传递函数计算
• 5.2.4 应力范围的短期和长期分布
• 5.2.5 疲劳损伤计算结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢