江海直达船极限强度研究及结构优化

论文摘要

随着“十二五”期间国家对长江干支流投入的加大,为了进一步释放长江的运能潜力,新一代多用途江海直达船的研发迫在眉睫。江海直达船因为受到内河吃水的限制,所以不得不增加船宽来弥补吃水较浅带来的吨位损失,所以其在极端海况下的极限强度问题正越来越受到关注。很长时间以来,船舶极限强度计算采用的是经典线弹性理论。但随着分析手段的改进,人们开始认识到在分析的过程中必须考虑构件屈曲、屈服以及屈曲后的非线性性能的影响。目前计算极限强度的方法主要有四种,即非线性有限元法、直接计算法、理想结构单元法、逐步破坏分析法。其中基于非线性有限元法的计算程序应用范围广泛,操作较为简单。同时很多已有计算证明,只要能合理地模拟模型的受力及边界条件、采用合适的单元划分方法以及充分考虑非线性等复杂因素的影响,有限元程序同样可以保证计算结果的精度。目前国际上比较流行的非线性有限元软件包括ANSYS、 ABAQUS、SAP、ADINA、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、DYTRAN等。本文通过对单壳油船进行计算分析,讨论了如何使用通用有限元程序MSC/MARC对船体梁极限承载能力进行预报,以及如何提高整个有限元分析的精度,并得到了系列BTD散货船极限弯矩随船长的变化规律。通过调整12400t江海直达船关键区域的材料属性和板厚,得到了提高江海直达船极限强度的有效途径,并分析了骨材分配系数对极限强度的影响,为江海直达船的设计提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 立题背景和意义
• 1.2 极限强度分析在船舶领域的研究进展
• 1.3 极限强度研究方法概述
• 1.3.1 直接计算法
• 1.3.2 逐步破坏分析法
• 1.3.3 有限单元法
• 1.3.4 理想结构单元法
• 1.4 本文的研究方法和研究内容
• 第2章 非线性有限元法原理
• 2.1 非线性有限元法在船舶与海洋工程上的应用
• 2.2 非线性问题的分类
• 2.2.1 材料非线性
• 2.2.2 几何非线性
• 2.2.3 边界非线性
• 2.3 非线性方程组的数值迭代方法
• 2.3.1 牛顿～拉普森方法
• 2.3.2 修正牛顿～拉普森法
• 2.3.3 增量方法
• 2.4 弧长法
• 第3章 实船模型计算
• 3.1 引言
• 3.2 单壳油船总纵极限强度计算及参数分析
• 3.2.1 模型的选取
• 3.2.2 几何非线性和材料非线性的考虑
• 3.2.3 单元的划分的影响
• 3.2.4 边界条件的影响
• 3.2.5 载荷增量的影响
• 3.3 系列实船模型计算
• 3.3.1 某60m散货船实船分析
• 3.3.2 某80m散货船实船分析
• 3.3.3 某100m散货船实船分析
• 3.3.4 某110m散货船实船分析
• 3.3.5 某130m散货船实船分析
• 3.3.6 某140m散货船实船分析
• 3.3.7 计算结果汇总
• 3.4 本章小结
• 第4章 江海直达船极限强度研究及提高极限强度的分析
• 4.1 引言
• 4.2 初始有限元模型分析
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 工况及边界条件
• 4.2.3 计算结果分析
• 4.3 变材料有限元模型分析
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 内底板计算结果分析
• 4.3.3 船底板计算结果分析
• 4.4 主要板材加厚有限元分析
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 计算结果分析
• 4.5 分配系数对极限强度的影响
• 4.6 本章小节
• 第5章 总结和展望
• 5.1 创新点
• 5.2 本文主要研究工作总结
• 5.3 进一步的研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研工作和论文发表情况