工程船结构强度直接计算及优化研究

论文摘要

随着海运事业的不断发展、港口功能的日益增强,起重船成为中国船舶市场发展的热点。特别是中大型起重船舶的需求量更是日益增涨。市场的需要和利益的驱使,使用旧船型改装成为新船型也成为一种趋势。作为工程船舶的起重船有着特殊的作业方式,所以在船体结构和所受载荷方面更为复杂。对于这种复杂的结构形式和载荷分布,传统的结构强度计算方法的弊端已经显现出来。随着计算机硬件技术的发展,使得将整船划分为有限元来进行分析成为可能,船体结构强度分析有了革命性的突破。世界各国的船级社都在不断寻求更科学可靠的设计方法,因此船舶结构强度有限元直接计算方法成为当今船舶设计业的领头羊。有限元直接计算方法是通过有限元软件对整船建立有限元模型。为了真实的表达构件的受力状况,分别以杆、板、壳和梁等单元来模拟不同受力状态的构件。并通过有限元软件分析求解,得到各个构件的实际变形和应力结果。本文利用有限元软件MSC.Patran和MSC.Nastran对某驳船改装成500t浮吊的改装方案进行研究和优化。吊机吊重采用独立建模计算方法,计算机座处支座反力,再使用多点约束的方法加载到船体甲板相应位置。舷外水压力采用等效设计波的概念处理波浪中垂和波浪中拱工况。调整船体平均吃水来调整船体平衡。并使用“惯性释放”功能使船体模型处于“完全自由”状态。对于衡量船体结构的安全性而言,对甲板、底板进行屈曲强度分析是十分必要且必须的。按照《钢质内河船船体结构直接计算指南》对该起重船的甲板、底板进行屈曲强度分析,并对强度不足构件进行加强。在船体板格屈曲强度校核方面,CCS中国船级社以Patran为平台开发了板格屈曲强度计算插件。本文利用该插件对船体部分板格再次进行屈曲强度校核,并对两次校核的不同计算结果进行了对比分析。由于改装船方案直接影响到整个工程的成本和施工方案,所以对船体结构优化也是非常必要的。基于原船体部分不进行大的改动的前提下,本文对新增构件板厚进行了优化。并使整个设计方案更加经济和可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 起重船
• 1.1.2 船舶改造
• 1.1.3 船体板格屈曲校核
• 1.2 课题研究目的
• 1.3 国内外现状
• 1.3.1 有限元方法
• 1.3.2 船体板格屈曲强度
• 1.4 研究内容、方法及技术路线
• 第2章 船体结构型式及计算模型概况
• 2.1 结构型式
• 2.2 主尺度及主要参数
• 2.3 尺度比
• 2.4 计算模型
• 2.5 计算工况
• 2.6 应力评估构件分组
• 2.7 材料参数
• 第3章 计算模型
• 3.1 坐标系
• 3.2 单元
• 3.3 模型分组
• 3.3.1 分组列表
• 3.3.2 分组显示
• 3.4 计算工况及其载荷
• 3.5 空船重量
• 3.5.1 结构自身重量
• 3.5.2 轮机、电器、燃油、淡水、压载水重量
• 3.6 吊机吊重载荷及舷外水压力
• 3.6.1 吊机吊重载荷
• 3.6.2 舷外水压力
• 3.7 单元属性
• 3.7.1 板
• 3.7.2 梁
• 第4章 主要结果及强度校核
• 4.1 位移校核
• 4.2 板元应力及强度校核
• 4.2.1 全船板单元强度校核
• 4.2.2 各组构件板单元强度校核
• 4.3 梁单元应力及强度校核
• 4.3.1 全船梁单元强度校核
• 4.3.2 分组梁单元强度校核
• 4.4 甲板、船底板屈曲强度校核
• 4.4.1 基于《钢制内河船入级建造规范》校核及修改
• 4.4.2 基于《钢制海船入级建造规范》的部分板厚校核
• 4.4.3 板格屈曲强度校核小结
• 第5章 优化计算
• 5.1 本船优化方法及内容
• 5.2 优化过程
• 5.2.1 板厚优化
• 5.2.2 强度、屈曲校核分析
• 5.3 板厚优化总结
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表情况