中国古船结构特点及其典型结构的强度分析

论文摘要

中国古代航运业四通八达,所建造的木质帆船遨游在大江、大海上,由于设计优良,配备齐全,船身巨大,能经风浪而享誉世界。中国古代木帆船与其他国家的木质船舶相比,不仅结构间连接样式多,并且牢固可靠。由于采用了非常特殊的船体建造技术,所以船舶的主尺度也比国外的木船大。其中最具代表性的当属郑和下西洋时所乘坐的宝船。虽然已有不少文献对大号宝船尺度有明确记载,但是对其质疑者不乏其人,泉州湾宋代海船的出土给了这些质疑最好的回应,不仅是因为它解决了宝船的船型之争,更为重要的是在泉州船中首次发现了船壳多重板结构。中国古船所特有一些先进结构特征,如先进的船壳多重板板结构、水密的横舱壁、坚固的大拉和加强的龙骨联接等,这些先进结构是郑和宝船得以成功建造的技术基础,最终促成了郑和七下西洋的壮举。本文利用现代船舶结构分析的理论和方法对古船的多重板结构进行了相关分析和研究,对其先进性和合理性进行了较为详细的说明。本文首先简要介绍了中国古代造船业发展进程中的三个高峰时期,借此归纳出了中国古船的一些与船舶强度紧密相关典型结构特征。其次,对中国古船船壳板结构中的多重板结构进行了相应的分析和探讨,认为船壳多重板技术的产生极大地改进了我国古代木船的船体建造工艺,使中国古船的大型化发展更进一步。最后,利用有限元的方法来分析古船的多重板结构,建立了合理的有限元计算模型,计算分析了船壳多重板结构对船舶总纵强度影响和木质板材弯曲变形后残留应力的情况,并综合考虑弯曲应力与残留应力,得出多重板结构比单层板结构应力低的结论,证明了中国古船多重板结构的先进合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 课题相关的国内外研究现状
• 1.3 本文所做的工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 中国古代造船概述及中国古船一些典型的结构特征
• 2.1 中国古代造船概述
• 2.1.1 秦汉时期的造船——趋于成熟
• 2.1.2 唐宋时期的造船——高度发展
• 2.1.3 元明时期的造船——臻于巅峰
• 2.2 中国古船一些典型的结构特征
• 2.2.1 水密的横舱壁
• 2.2.2 坚固的大拉
• 2.2.3 加强的龙骨联接
• 2.2.4 先进的船壳板联接
• 第3章 古船多重板结构在泉州湾宋代海船的印证
• 3.1 古船多重板技术概述
• 3.2 多重板结构在泉州船的印证
• 3.2.1 泉州船的复原
• 3.2.2 泉州船多重板结构的特点
• 第4章 古船多重板材料——木材特性与有限元方法
• 4.1 木材的基本构造
• 4.1.1 木材微观结构
• 4.1.2 木材的宏观结构
• 4.1.3 木材的缺陷
• 4.2 木材的均质化假设
• 4.3 木材的正交各向异性和弹性常数
• 4.3.1 正交各向异性
• 4.3.2 本构方程
• 4.3.3 木材的弹性常数
• 4.4 木材的物理及力学性质
• 4.4.1 木材的干缩及湿胀
• 4.4.2 木材的密度
• 4.4.3 木材强度
• 4.4.4 影响木材力学性质的主要因素
• 4.5 有限元法在木质材料中的应用
• 4.5.1 有限元法概述
• 4.5.2 有限元分析的主要步骤
• 4.5.3 本文使用的ANSYS单元
• 4.5.4 ANSYS接触问题分析
• 第5章 古船多重板结构的有限元分析
• 5.1 单层板、双重板结构的总纵强度的比较
• 5.1.1 计算模型
• 5.1.2 材料参数
• 5.1.3 单元与网格参数确定
• 5.1.4 加载与计算
• 5.1.5 结果分析
• 5.2 木质船壳板弯曲残留应力分析
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 单元与网格参数确定
• 5.2.3 加载与计算
• 5.2.4 结果分析
• 5.3 总体应力与残留应力的合成
• 5.4 结论
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文