船舶结构强度全船有限元计算研究

论文摘要

船舶结构的规范设计基本上以船体梁理论以及大量经验公式为基础，存在一定的弊端和局限性。目前，对船舶结构强度进行直接计算方面的研究，基本上都还限于舱段的模型，但是舱段模型的缺点是明显的。 与内河船舶、海船相比，江海通航船舶的舱室布置及结构有自身的特点，所受到的载荷也不尽相同。对于此类船舶，用有限元方法计算时，为了得到比较准确的变形和应力结果，可能需要特殊的处理方法。对全船结构进行强度直接计算显然更合理。国内外主要船级社对大型船船，如大型集装箱船(具有甲板大开口)等船舶也有采用全船结构强度直接计算分析的指南，由于在计算模型中允许对结构进行简化处理，其结果中仍有近似的成分。 由于计算机软硬件的飞速发展，采用基于肋距和纵骨间距的有限元网格模型，对全船结构的强度进行直接计算分析原则上已不存在困难，但其工作量很大、涉及因素很多，所以它的应用尚不广泛，尤其在国内开展此类分析的方法尚不多见。 本论文以一艘130m江海直达散货船为对象，对于全船结构有限元直接计算方法及其过程中的各种问题进行了研究和探讨。该船船体结构具有大跨度、长通舱、大开口等特点。由于这一系列的特殊性，采取规范的总强度计算方法难以合理地评估船体强度，且采用舱段模型进行直接计算也存在困难。所以有必要对船体结构进行全船的三维有限元计算分析。采用大型有限元计算软件MSC／Patran、MSC／Nastran(版本2001r3)，对本船的变形和应力水平进行计算分析，确定船体结构的高应力区域，对船体结构的强度进行评估。 计算表明，采用全船结构强度直接计算的方法，是可行的，也是可靠的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 课题研究的目的、意义
• 1.3.1 中国船舶工业发展近况
• 1.3.2 课题研究目的及意义
• 1.4 本课题的来源
• 1.5 本课题的主要研究内容和计算方法
• 1.5.1 本课题的主要研究内容
• 1.5.2 本课题的主要研究方法
• 第2章 船体结构、模型建立及边界条件
• 2.1 船体结构说明
• 2.1.1 主尺度和主要参数
• 2.1.2 结构型式
• 2.2 有限元模型
• 2.2.1 模型范围
• 2.2.2 坐标系
• 2.2.3 单元
• 2.2.4 材料参数
• 2.2.5 计算模型
• 2.3 边界条件
• 第3章 载荷计算及许用应力
• 3.1 计算工况
• 3.2 空船重量
• 3.3 舱内货物压力
• 3.3.1 压载水压力
• 3.3.2 货物压力
• 3.4 舷外水压力
• 3.4.1 压载工况
• 3.4.2 满载工况
• 3.4.3 半载工况
• 3.5 外力平衡的调整
• 3.6 许用应力
• 第4章 主要计算结果
• 4.1 板单元形心处中面应力计算结果
• 4.2 梁单元轴心应力计算结果
• 4.3 位移计算结果
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的论文发表情况