基于CSR的油船货舱区结构优化设计及可靠性分析

论文摘要

油船共同结构规范(Common Structural Rules for Double Hull Oil Tankers,以下简称CSR)倡导了更安全、更全面的规范体系,对油船的结构设计影响是全面和系统的,其中影响最大的是船体结构重量的增加,导致了载重量的减小及相应建造成本的增加,因此,船舶货舱区的合理设计是非常重要的,寻求满足各种约束条件下的结构重量最轻或成本最省的船舶中横剖面结构优化设计,并在此基础上进行可靠性分析,有着重要的实际意义。本文首先从计算船体钢料重量入手,从粗估到细算,然后在此基础上对一艘实船进行优化设计及可靠性分析。主要完成了以下三项工作:(1)本文首先根据船舶初步设计的需要,进行了占空船重量比例最大的船体钢料重量估算方法研究,利用指数法和回归分析法得到了较实用的估算经验公式,可以在初步确定主尺度时,方便快速地估算船体钢料重量。同时,本文对我国第一艘入级CCS的按CSR设计的油船进行钢料重量分析,总结出快速统计船体钢料重量,不遗漏不重复的细算方法。并且,本文按CCS要求,采用同种结构形式重新设计了船舶的平行中体部分,总结出两种规范重量的差异。(2)针对CSR导致船体结构重量增加的主要矛盾,本文采用Visual Basic编程语言,编制了基于CSR的中横剖面结构优化设计程序,目前可以满足在总纵弯曲强度,局部强度,刚度和尺度比等约束条件下,中横剖面构件面积最小的优化设计功能,通过对一艘按CSR设计的50000DWT的油船的实例优化计算,实现了中横剖面的纵向构件重量减轻5.801%,证明了此程序的有效性。(3)鉴于目前基于规范设计方法进行船舶结构设计而产生安全裕度过大的弊端,本文引入了可靠性的概念,对于基于CCS的设计方案,基于CSR的原始设计方案以及相应的优化计算结果三种方案进行了可靠性分析比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.1.1 CSR的主要特点及影响
• 1.1.2 估算船体钢料重量的意义
• 1.1.3 船舶结构优化设计及可靠性分析的研究情况
• 1.2 本文的主要研究内容
• 1.2.1 本课题的背景及来源
• 1.2.2 主要研究内容
• 2 船体钢料重量估算的探讨
• 2.1 影响船体钢料重量的主要因素
• 2.1.1 主尺度
• 2.1.2 布置特征
• 2.1.3 使用要求
• 2.1.4 其它因素
• 2.2 船体钢料重量的估算方法
• 2.3 指数法和回归分析法的研究
• 2.3.1 指数法
• 2.3.2 回归分析法
• 2.3.3 钢料重量估算公式评价
• 2.4 基于CSR设计的船体钢料重量的分析
• 2.4.1 钢料重量的细算
• 2.4.2 钢料重量估算公式
• 3 基于CSR的中横剖面的优化设计模型
• 3.1 结构优化设计方法的基本理论
• 3.2 中横剖面优化设计的思想方法
• 3.3 优化问题的数学模型
• 3.3.1 设计变量
• 3.3.2 目标函数
• 3.3.3 约束条件
• 3.4 纵向构件材料和纵骨类型的选取
• 3.4.1 纵向构件的材料
• 3.4.2 纵骨类型的选取
• 3.5 中横剖面优化程序的说明
• 3.5.1 优化程序的必要性和可行性
• 3.5.2 程序流程图和主要模块
• 4 船舶结构的可靠性分析
• 4.1 船舶结构的可靠性原理
• 4.1.1 船舶结构传统设计方法与可靠性分析方法的比较
• 4.1.2 船舶总纵强度的可靠性分析
• 4.2 JC法对船体总纵弯曲的可靠性分析
• 4.2.1 随机变量的计算方法
• 4.2.2 JC法
• 5 算例及结果分析
• 5.1 50000DWT油船的中横剖面优化结果
• 5.1.1 50000DWT油船的概况
• 5.1.2 优化结果分析
• 5.2 船舶总纵弯曲可靠性分析结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 攻读硕士学位期间参与科研项目情况
• 致谢